valorización de rocas volcánicas como adiciones puzolánicas para fabricar cementos

UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA

Departamento de Ingeniería Química

Facultad de Ciencias Químicas

VALORIZACIÓN DE

ROCAS VOLCÁNICAS COMO

ADICIÓN PUZOLÁNICA

PARA FABRICAR CEMENTOS

MEMORIA que presenta:

ALBERTO DELGADO QUIÑONES

para optar al Diploma de Estudios Avanzados

Director: Dr. Rafael Talero Morales

Trabajo de Investigación realizado en:

Instituto de Ciencias de la Construcción “Eduardo Torroja” - C.S.I.C.

Ciudad Real, 2006

A mis padres y hermanos. Y a mis mayores en el recuerdo.

ÍNDICE

Índice | III

RESUMEN…………………………………………………………………………….....................

1.- INTRODUCCIÓN………………………………………………………………..……………..

1.1.- Adiciones puzolánicas…………………………………………………………

1.1.1.- Breve reseña histórica. Orígenes…………………………………..

1.1.2.- Definición y clasificación……………………………………..……..

1.1.3.- Composición química de las adiciones puzolánicas………..

1.1.4.- Reacciones entre las adiciones puzolánicas y la cal.……….

1.1.5.- Situación actual con respecto a la Instrucción para la

recepción de cementos RC-03..………………………………………………

1.1.6.- Adiciones puzolánicas naturales inorgánicas de origen

volcánico……………………………………………………………………………..

1.1.6.1.- El magma…………………………………………………….

1.1.6.2.- Las rocas volcánicas……………………………………..

1.2.- Cemento Portland. Generalidades…………………………………….

1.2.1.- Composición del cemento……………………………………………

1.2.2.- Hidratación del cemento Portland……………………………….

1.2.3.- Hidratación de los silicatos de calcio……………………………

1.2.4.- Hidratación del aluminato tricálcico……………………………

1.2.5.- Hidratación de la fase ferrítica…………………………………….

1.2.6.- Interacción de los componentes del cemento Portland….

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IV | Universidad de Castilla-La Mancha: Trabajo de Investigación

1.3.- Interacción entre las fases hidratadas del cemento y las

adiciones puzolánicas…………………………………………………………………

1.3.1.- Naturaleza de la interacción……………………………..……......

1.3.2- Formas de evaluar la interacción de las adiciones

puzolánicas con el cemento Portland………………………………………

2.- OBJETIVOS....................................................................................................

3.- FUNDAMENTOS PRÁCTICOS..................................................................

4.- MATERIALES Y MÉTODOS. PROCEDIMIENTO

EXPERIMENTAL................................................................................................

4.1.- Extracción, clasificación y denominación de las

muestras………………………………………………………………………………………

4.2.- Análisis petrográfico por lámina

delgada......................................................................................................

4.2.1.- Microscopía petrógráfica...................................................

4.2.2.- Preparación de láminas delgadas………………………………..

4.3.- Molido de las rocas. Evaluación de la molturabilidad.......

4.4.- Análisis granulométrico mediante Espectroscopia de

Difracción de Rayos Láser………………………………………………………….

4.5.- Análisis por difracción de Rayos X..................................

4.5.1.- Antecedentes en el estudio de las adiciones puzolánicas..

4.5.2.- Análisis por difracción de Rayos X en este estudio……….

4.6.- Espectroscopia Infrarroja mediante transformada de

Fourier…………………………………………………………………………………………

4.7.- Cemento Portland de referencia seleccionado…………………

4.8.- Procedimientos y métodos normalizados…..……………………

4.8.1.- Análisis químico de las adiciones puzolánicas…..………….

4.8.2.- Determinación de la densidad real……………………..………

4.8.3.- Determinación del contenido de sílice reactiva (SiO2r-)…

4.8.4.- Ensayo de puzolanicidad o ensayo de Frattini………...…..

4.8.5.- Determinación del tiempo de fraguado y estabilidad de

volumen……………………………………………………………………………….

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Índice | V

4.8.6.- Determinación de la demanda de agua relativa, de las

resistencias mecánicas a compresión, y del Índice de actividad

resistente……………………………………………………………………………..

5.- RESULTADOS, ANÁLISIS Y DISCUSIÓN……………………………………….

5.1.- Caracterización de las rocas volcánicas……………………………….

5.1.1.- Análisis petrográfico por lámina delgada………………………

5.1.2.- Evaluación del comportamiento a la molienda……………..

5.1.3.- Análisis granulométrico mediante Espectroscopía de

Difracción de Rayos Láser -EDRL.……………………………………….…

5.1.4.- Análisis químico de las rocas volcánicas…………………..….

5.1.5.- Análisis por Difracción de Rayos X -DRX.………………………

5.1.3.1- Parte cristalina………………………………………………….

5.1.3.2.- Material no difractante……………………………………..

5.1.6.- Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier

-FTIR…………………………………………………………………………………..

5.2.- Caracterización de los materiales como adición

puzolánica……………………………………………………………………………………

5.2.1.- Determinación de la Densidad Real…………………………….

5.2.2.- Determinación del contenido de sílice reactiva -SiO2r-…..

5.2.3.- Ensayo de puzolanicidad o ensayo de Frattini………………


volumen……………………………………………………………………………….


resistencias mecánicas a compresión, y del Índice de actividad

resistente………………….………………………………………………………….

5.3.- Consideraciones finales en función de todos los

resultados obtenidos………………………………………………………………….

6.- CONCLUSIONES………………………………………………………………………………

7.- BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................

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VI | Universidad de Castilla-La Mancha: Trabajo de Investigación

Tablas

Tabla 1.- Intervalo de composición química de las adiciones activas…..............

Tabla 2.- Cementos comunes según la Instrucción para la Recepción de

Cemento RC-03…………………………………………………………………………………………

Tabla 3.- Clasificación de los tipos de magma y la rocas ígneas o magmáticas

que originan………………………………………………………………………………………………

Tabla 4.- División de las rocas de los campos 11, 12 y 13 del diagrama TAS…….

Tabla 5.- Composición mineralógica de un Cemento Portland Normal………….

Tabla 6.- Notación y composición química de un Cemento Portland Normal...

Tabla 7.- Características de la hidratación de los componentes……………………..

Tabla 8.- Secuencia de la hidratación de los silicatos de calcio………………………

Tabla 9.- Formación de los productos de hidratación del C3A……………………….

Tabla 10.- Resumen de factores que afectan a la reactividad de las adiciones

puzolánicas y el cemento Portland……………………………………………………………….

Tabla 12.- Composición del cemento Portland de referencia, P-1……………………..

Tabla 13.- Resultados del análisis petrográfico ……………………………………………...

Tabla 14.- Grado de reactividad en función de los resultados del análisis

petrográfico…………………………………………………………………………………………………

Tabla 15.- Información acerca de los minerales identificados…………………………..

Tabla 16.- Adecuación de las rocas volcánicas al proceso de molienda………………

Tabla 17.- Análisis químico de las rocas volcánicas…………………………………………

Tabla 18.- Grado de reactividad en función de los resultados de difracción de

Rayos X……………………………………………………………………………………………………….

Tabla 19.- Densidades reales de las seis muestras………………………………………..

Tabla 20.- Contenido de sílice reactiva………………………………………………………….

Tabla 21.- Grado de reactividad en función de su contenido de sílice reactiva……

Tabla 22.- Grado de reactividad en función del contenido de CaO [mM/l] según

el ensayo de Frattini……………………………………………………………………………………..

Tabla 23.- Resultados de la cantidad de agua de consistencia normal, principio

y fin de fraguado y de la estabilidad de volumen………………………………………………

Tabla 24.- Resultados de demanda de agua, resistencias mecánicas a

compresión -RMC- y del índice de actividad resistente -IAR……………………………..

Tabla 25.- Clasificación en función de su comportamiento mecánico-resistente..

Tabla 26.- Cuadro resumen de la clasificación obtenida de “idoneidad”

puzolánica……………………………………………………………………………………………………

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Índice | VII

Figuras

Figura 1.- Distribución de las adiciones puzolánicas por composición química

Figura 2.- Series de reacción de Bowen y las rocas volcánicas que forman……..

Figura 3.- Diagrama de Streckeisen……………………………………………………………

Figura 4.- Diagrama TAS para la clasificación de las rocas volcánicas……………

Figura 5.- Esquema de fabricación del clinker Portland……………………………….

Figura 6.- Grado de hidratación de los componentes puros del cemento

Portland…………………………………………………………………………………………….....….

Figura 7.- Grado de hidratación de las fases del cemento Portland……………….

Figura 8.- Desarrollo de resistencia mecánica de los compuestos puros del

cemento Portland…………………………………….…………………………………………………

Figura 9.- Velocidad de liberación de calor del C3S…………..…………………………

Figura 10.- Velocidad de liberación de calor del C3A……………………………………

Figura 11.- Velocidad de liberación de calor de un cemento Portland…………….

Figura 12.- Esquema de hidratación del C3S en presencia de puzolana….………

Figura 13.- Esquema de hidratación del C3A en presencia de puzolana……..…..

Figura 14.- Extracción, clasificación y denominación de las muestras………………

Figura 15.- Difractograma experimental (a) Separación de la parte cristalina del

fondo (b)……………………………………………………………………………………………………..

Figura 16.- Difractogramas resultantes. Parte cristalina (a) Fondo (b)……………..

Figura 17.- Grafica del ensayo de Frattini………………………………………………………

Figura 18.- Texturas encontradas en las rocas volcánicas………………………………..

Figura 19.- Comportamiento frente a la molienda -tamizado húmedo…………..

Figura 20.- Granulometrías en % volumen………………………………………………..

Figura 21.- Comportamiento frente a la molienda -EDRL……………………………

Figura 22.- Diagrama TAS . Clasificación de las rocas volcánicas estudiadas…

Figura 23.- Difractogramas experimentales de las muestras P. (a) P1 (b) P2 (c)

P3……………………………………………………………………………………………………………….

Figura 24.- Difractogramas experimentales de las muestras M. (a) M1 (b) M2

(c) M3…………………………………………………………………………………………………………

Figura 25.- Relación señal vs. Ruido estadístico………………………………………….

Figura 26.- Análisis de los difractogramas experimentales…………………………..

Figura 27.-- Evaluación cuantitativa del fondo………………………………………………

Figura 28.- Espectros FTIR de las muestras P….…………………………………………

Figura 29.- Espectros FTIR de las muestras M.………………………..…………………

Figura 30.- Resultados del ensayo de puzolanicidad………………………………………

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1.- INTRODUCCIÓN

1.- Introducción | 7

El progresivo cambio de las primitivas sociedades prehistóricas hacia una forma

de vida sedentaria, abandonando el nomadismo, hizo que en paralelo a la creación de

los primeros asentamientos permanentes, surgiera la necesidad de encontrar y elaborar

materiales para su construcción. Así, surgieron grandes civilizaciones que utilizaron

diferentes materiales para la construcción de sus edificios y monumentos; de este modo

y hasta hoy día, nos han llegado diversas construcciones de piedra de ciertas culturas

prehistóricas -los dólmenes de Antequera, Stonehedge, etc.-, a los que continuaron con

el uso del mismo material, los egipcios, griegos e incas -América precolombina-, o los

persas con el adobe y las civilizaciones más orientales con el bambú [1-3]. No fue hasta

el imperio romano -o los mayas en el caso de la referida América precolombina-,

cuando empezaron a usarse los primeros conglomerantes basados fundamentalmente

en la cal apagada, a los que se les incorporaron después diferentes materias primas

naturales que les llegaban a conferir cierto carácter hidráulico, lo que les permitió

realizar construcciones de ingeniería civil inéditas hasta el momento [4-5]. Estos

materiales de construcción, han evolucionado hasta los que hoy conocemos, pasando

por el hito decisivo del descubrimiento del primer conglomerante hidráulico: el

cemento Portland. Fue Smeatone quien lo descubrió en 1756 y al que llamó piedra

de Portland, por su semejanza con las formaciones rocosas de dicho lugar, aunque

como paradoja se debe citar que no patentó el material ni el nombre [6, 7].

De este modo, se llegó a la Ilustración en el siglo XIX, en el que se desarrolló por

primera vez la fabricación industrial del cemento Portland. Sus materias primas son

8 | Universidad de Castilla-La Mancha: Trabajo de Investigación

simples, de composición química específica, que adecuadamente dosificadas y

calcinadas a elevada temperatura, con adecuados fundentes o mineralizadores -bauxita,

hematite, magnetita, limonita, pirita, etc.- abundantes, caliza y arcilla, forman el

clinker (del holandés klinken = resonar [8]) del cemento Portland, mediante reacciones

de tipo sólido-sólido por las cuales dichas materias primas producen la cristalización de

sus compuestos más característicos, a saber: alita, belita, celita y brownmillerita, de los

cuales se hablará con detalle más adelante.

En la actualidad, la importancia del sector de la construcción en todos los

países, desde el punto de vista económico y social, junto con la disponibilidad de los

recursos naturales y artificiales necesarios, y su desarrollo sostenible, hacen que desde

varias décadas a esta parte se haya tenido que aumentar, en cantidad y tipos, la

incorporación de adiciones al cemento Portland, lo que ha motivado la organización de

numerosos eventos internacionales donde se discute, valida o invalida, según sea el

caso, la aptitud o no de su uso en determinados tipos de obras y/o en determinados

medios a la par que se intercambian experiencias. La interacción que se genera entre

ellas con el cemento Portland y con el resto de materiales que componen el hormigón,

mortero y pasta, sumada al resto de variables que intervienen en cada producto

derivado, tanto en el momento de su fabricación y primeras edades, como en sus

prestaciones futuras, es decir, su durabilidad, constituye una materia muy extensa de

investigación y desarrollo. Todo ello, se ha visto además acelerado en la actualidad al

tratar de conseguir dos objetivos fundamentales:

− El primero, exclusivo de la industria del cemento, que es el de reducir los costes

de producción mediante la sustitución parcial del cemento Portland por dichas

adiciones, obteniendo así un ahorro considerable de energía.

− El segundo, de carácter medioambiental y de efecto doble, por el que se

consigue fabricar las cantidades de cemento que se necesitan para la

construcción sin tener que aumentar necesariamente la fabricación de la de

clinker Portland, sino incluso todo lo contrario, disminuirla, lo que lleva

aparejada la reducción de emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera según

las prescripciones marcadas en el Protocolo de Kioto, y por la que se lleva a cabo

además la valorización material de diferentes subproductos de otros sectores

industriales que antes eran residuos.

Por todo ello, no es de extrañar que una de las líneas de investigación con más

proyección en este sector sea la búsqueda, detección y consecución de nuevos


materiales para adicionarlos al cemento Portland, previa su caracterización y validación

en su caso, de la compatibilidad físico-química de todos y cada uno de ellos con el

cemento Portland. Ya sean de origen natural, artificial o semiartificial. Es aquí donde se

enmarca este trabajo de investigación, y para contextuarlo, se hace obligatorio explicar

antes de todo algunas generalidades sobre el cemento Portland y las adiciones, y en

particular para este caso, de aquellas denominadas adiciones puzolánicas.

1.1.- Adiciones puzolánicas.

1.1.1.- Breve reseña histórica. Orígenes.

El uso de la cal ha llevado asociado desde la antigüedad la adición de sustancias

modificadores de su comportamiento a corto y largo plazo. Entre ellas, unas de las más

importantes fueron y aún hoy continúan siéndolo, las puzolanas.

Las puzolanas han sido utilizadas, desde hace más de 2.000 años. Este hecho

se demuestra no sólo por las construcciones y restos arqueológicos que han llegado

hasta nuestros días, sino también por diversos documentos escritos en los que se hace

referencia a la aplicación de estos materiales en las técnicas constructivas del Imperio

romano. Fue Vitrubio, quien en su tratado “De Architectura Libri Decem”, dedicó un

capítulo a el “polvo de Puzol (Pozzuoli)”, en el que cita: “[…] Hay también una clase de

polvo que por su propia naturaleza, produce efectos maravillosos. Se halla en […] las

cercanías del Vesubio. Este polvo mezclado con la cal y la piedra machacada, no sólo

consolida toda clase de edificaciones, sino que incluso las obras que se hacen bajo el

agua del mar tienen solidez […]” [9].

Al producto resultante de la mezcla de la cal con el polvo de Puzol se le

denominó cocciopesto, el cual ha sido encontrado en numerosos análisis de morteros

romanos. Además, los romanos fueron los responsables de su difusión mediante el uso

de las puzolanas naturales locales, en aquellas zonas del imperio donde se disponía de

ellas. Ejemplos de ello, los encontramos en varias edificaciones romanas a lo largo del

Rhin, aparte de las puzolanas del grupo Labial o Flegreano de Roma y Nápoles

respectivamente. Su presencia, será una constante en la composición de las argamasas

a lo largo de la historia, aunque nunca con tanto auge como en la arquitectura romana,

si bien, hoy día se ha vuelto a recuperar dicha importancia [10].


1.1.2.- Definición y clasificación.

Las adiciones que se incorporan a los cementos Portland pueden clasificarse

según su actividad hidráulica en dos tipos o clases, a saber: las activas, que pueden ser

escorias vítreas de alto horno y puzolanas; y las no activas o mal llamadas “inertes”

las cuales a su vez pueden ser silíceas o calizas.

Las adiciones puzolánicas se definen como materiales de composición química

mayoritaria silícica o silícico-aluminosa o combinación de ambas [11], que por si

mismas no poseen propiedades hidráulicas, pero que a temperatura ordinaria, se

combinan con la cal en medio acuoso, para formar compuestos insolubles que poseen

propiedades cementantes y cuya composición y demás características químicas y físicas

son semejantes a las que proporciona el cemento Portland en su hidratación. Se

incluyen en esta definición, diferentes materiales naturales, así como también

productos artificiales o semiartificiales [12].

Una primera clasificación de las adiciones puzolánicas puede ser según su

origen, la que se desprende de la definición anterior, y que las identifica como

naturales, artificiales y semiartificiales. No obstante, esta clasificación no es

significativa desde el punto de vista de la durabilidad que puedan llegarle a conferir a

los hormigones, morteros y pastas de los que forman parte, frente al ataque de un

medio agresivo o no determinado.

En primer lugar, las adiciones puzolánicas naturales o puzolanas propiamente

dichas, que a su vez pueden ser de origen inorgánico y orgánico. Las puzolanas

naturales de origen inorgánico están constituidas en general, por ciertas rocas

incoherentes y compactas, de origen volcánico o también rocas sedimentarias [11],

compuestas principalmente por aluminosilicatos que forman vidrios con textura porosa

y desordenada. Las adiciones puzolánicas de origen orgánico están constituidas en

cambio, por los esqueletos de seres vivos, en este caso de las algas diatomeáceas o

diatomeas, que pueden ser a su vez de origen marino o lacustre, pero teniendo todas

ellas en común elevados contenidos de sílice amorfa.

Todos ellos, son por tanto materiales reactivos frente a la cal en las condiciones

normales de fabricación de morteros y hormigones. Se debe señalar que no pueden ser

considerados adiciones puzolánicas, aquellos materiales inertes que, en determinadas

condiciones de reacción -tratamientos hidrotérmicos-, pueden dar lugar a compuestos


hidráulicos. El caso más representativo pudiera ser el de la formación en autoclave de

silicatos de calcio hidratados a partir de la cal y el cuarzo finamente molido.

Dentro de las adiciones puzolánicas artificiales, están las constituidas

principalmente por subproductos de otras industrias. De todos ellos, las más

importantes en un primer momento fueron las cenizas volantes, obtenidas durante la

combustión del carbón en las centrales termoeléctricas, y posteriormente el humo de

sílice, obtenido en el horno de arco eléctrico de las industrias que procesan aleaciones

ferro-silíceas y silicio metal, por condensación de los vapores de óxido de silicio, dando

lugar a sílice amorfa. Otras adiciones artificiales de semejante composición química a

las diatomeas y al humo de sílice, son las cenizas de la incineración adecuada de la paja

y la cáscara de arroz y del bagazo de la caña de azúcar. También lo son los restos

bauxíticos y caoliníticos procedentes de la metalurgia extractiva de aluminio a partir de

bauxita y caolines diversos adecuadamente calcinados, los restos de las industrias

cerámicas y de refractarios, y similares.

Dentro de las adiciones puzolánicas semiartificiales, se pueden citar

principalmente las arcillas naturales que son activadas térmicamente, como por

ejemplo subproductos de la industria cerámica, esquistos calcinados, etc., y otros

materiales afines que se puedan integrar en este grupo.

1.1.3.- Composición química de las adiciones puzolánicas.

Por lo general, toda adición puzolánica de cualquier origen, está compuesta

físicamente por dos texturas, amorfa y cristalina. La que por lo común se encuentra en

mayor proporción es la amorfa que es la que las caracteriza, quedando el resto como

cristalina que es la que las significa en alguna medida [13-16]. No obstante, por su

parte, la característica amorfa es la que más las diferencia a la par de su tamaño de

partícula. Así, La parte amorfa tiene un estado físico que puede ser un compendio de

vítreo, amorfo, gel, pseudo-gel, zeolítico, pseudo-cristalino, etc. Sin embargo, dentro de

su parte cristalina, que por lo común suele estar compuesta por sílico-aluminatos

cristalinos, naturales o no, también hay diferencias, aunque todos ellos son estables e

inatacables por ácidos fuertes y quizás algo menos por bases fuertes, obtenibles todos

ellos, generalmente por síntesis mediante calentamientos, fusiones y/o

recristalizaciones de diverso grado y cuantía, como mullita, sillimanita, tridimita,

cristobalita, andalucita, disteno o cianita, etc., si bien en algunos casos como en las


cenizas volantes, la cuantía de su parte cristalina es bastante escasa, motivo por el cual

es la que menos las influencia y caracteriza [17].

Dado que dentro de la definición del punto anterior quedan comprendidos

varios tipos de materiales puzolánicos posibles de diferente procedencia, la

composición química que pueden llegar a tener también será diferente. Tanto en

cuanto a los principales componentes, como en las proporciones en que los mismos se

encuentren; si bien, existen algunos contenidos mínimos preestablecidos para

considerar un material como adición puzolánica, como por ejemplo, que el contenido

de SiO2 reactiva no sea inferior al 25% [18]. En la Tabla 1, se muestra el intervalo de

composición química en el que suelen encontrarse la generalidad de las adiciones

puzolánicas que se incorporan al cemento, mientras que en la Fig. 1 la distribución en el

diagrama ternario CaO-Al2O3-SiO2 del cemento Portland y de las adiciones puzolánicas

más utilizadas.

Tabla 1.- Intervalo de composición química de las adiciones activas

Composición SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 P.F.

[%] 28 - 100 0-45 0-20 0-34 0-11 0-7 0-8 0-14 0-15

P.F. - Pérdida al fuego

Figura 1.- Distribución de las adiciones puzolánicas por composición química

CP - cemento Portland

HS - Humo de sílice

P - Puzolana natural

CV F - Cenizas volantes

CV C - Cenizas volantes calcáreas

M - Metacaolín

S - Escorias de horno alto


La composición química en óxidos de las adiciones puzolánicas, constituye una

herramienta de la que se dispone para clasificarlas de alguna forma más racional. Si

bien, para algunos expertos, dicha composición química no es la que más y mejor las

caracteriza precisamente, sino más bien su composición mineralógica. De este modo,

Calleja [19], propuso un criterio para caracterizar las puzolanas naturales y a la parte

activa que poseen, frente al hidróxido de calcio, incluyendo para ello lo que él

denominó “factores hidráulicos”, SiO2, Al2O3 y Fe2O3. Dado que la reacción puzolánica

consiste en la reacción química con el hidróxido de calcio, de dichos componentes

ácidos o “factores hidráulicos” que no eran otros que sus contenidos de los siguientes

óxidos reactivos: SiO2r-, Al2O3

r- y Fe2O3r-, de los cuales dicho autor no propuso método

químico alguno para determinar su contenido a pesar de su clara necesidad, dada su

implicación directa o indirecta en las resistencias mecánicas, pero sobre todo, en la

durabilidad química referida antes, es decir frente al ataque de los sulfatos, cloruros,

agua de mar, carbonatación, y reactividad árido-álcali -RÁÁ-.

Por otra parte y de acuerdo con los planteamientos y resultados obtenidos por

Talero [17], tanto las adiciones puzolánicas naturales como las artificiales las consideró,

independientemente de su origen, como un todo único homogéneo e indivisible, de

modo que lo que las diferencia es única y exclusivamente su composición cualitativa,

cuantitativa y estructural, y sobre todo, el comportamiento frente al ataque del yeso u

otros medios agresivos -los acabados de citar- o no, de los cementos de los que forman

parte. De modo que independientemente de su origen natural o artificial, las agrupó

según su carácter en las siguientes familias o gamas:

− puzolanas de carácter “silícico”;

− puzolanas de carácter “alumínico”;

− puzolanas de carácter “silícico-alumínico”;

− puzolanas de carácter “alumínico-silícico”;

− puzolanas de carácter “silícico-férrico-alumínico”;

Y la diferenciación de todas ellas se basó en su comportamiento por separado,

frente al ataque de los sulfatos, por un lado [17] y los cloruros, por otro [20]; habiendo

obtenido que:

− Las adiciones puzolánicas silícicas, en cantidad adecuada, elevan la resistencia

sulfática y disminuyen la resistencia mecánica del cemento Portland con el que

se mezclen, excepto el humo de sílice, que eleva tanto la resistencia sulfática


como la resistencia mecánica. En cambio, facilitan el ataque de los cloruros a las

armaduras, excepto nuevamente el humo de sílice, que también dificulta el

acceso de los cloruros, si bien sólo físicamente, debido a su peculiar morfología,

pero sobre todo, a su muy pequeño tamaño de partícula.

− Las adiciones puzolánicas alumínicas, disminuyen en cambio la resistencia

sulfática del cemento Portland con el que se mezclen, y en ocasiones, muy

rápidamente, aunque no obstante en ausencia de sulfatos, elevan las

resistencias mecánicas a edades iniciales especialmente. Por el contrario, en el

caso del hormigón armado de cemento Portland, impiden o dificultan al menos,

el ataque de los cloruros a la armadura, primero, químicamente, y después

además, físicamente.

Generalizando, las adiciones puzolánicas alumínicas y alúmino-silícicas,

principalmente, retrasan el ataque de los cloruros -y tanto más, cuanto más alumínicas

sean- y todo lo contrario, las silícicas -excepto el humo de sílice- y silícico-alumínicas.

En cambio estas últimas, es decir, las adiciones puzolánicas silícicas y silícico-

alumínicas, principalmente retrasan el ataque de los sulfatos -y tanto más, cuanto más

silícicas sean-, y todo lo contrario, las alumínicas y alúmino-silícicas.

Finalmente y en cualquier caso, no debe olvidarse tampoco el efecto físico que

pueden llegar a ejercer las partículas de las adiciones puzolánicas, y en particular, su

fracción cristalina, actuando como aceleradores de la hidratación de los componentes

del cemento Portland. Bien, por el efecto de los cristales semilla para la precipitación de

cristales de portlandita [21], en las primeras fases de la hidratación del cemento del que

forman parte, bien, acelerando por vía directa y/o indirecta [22] la hidratación de la

fracción clinker Portland de dicho cemento con la que se hayan mezclado.

1.1.4. Reacciones entre las adiciones puzolánicas y la cal.

El fundamento del uso de diferentes materiales naturales y artificiales como

adición puzolánica está en la reacción en medio acuoso entre el óxido de calcio y los

denominados “factores hidráulicos”. Estos factores son la sílice reactiva, SiO2r-, la

alúmina reactiva, Al2O3r-, y óxido de hierro reactivo, Fe2O3

r-, sin menoscabo de los álcalis

-Na2O y K2O-, que aunque no son factores hidráulicos pueden llegar a estar presentes en

ocasiones en las adiciones puzolánicas [21]. A continuación se citan las dos reacciones

en medio acuoso que pueden llegar a ocurrir entre la cal y los dos principales “factores

hidráulicos” [19] de las adiciones puzolánicas.


SiO2r- + CaO + H2O → Gel C-S-H + Q {1}

Al2O3r- + CaO + H2O → C3AH6, C4AH13,C4AH19 + Q {2}

Dependiendo de la naturaleza de la adición -su composición química-, así serán

los compuestos que se formen y que den origen a compuestos hidráulicamente estables

o inestables. Y dependiendo del carácter, será el comportamiento previsible de la

adición ante el ataque de un medio agresivo o no, determinado, y con ella, del

hormigón, mortero o pasta de cemento del que formen parte.

1.1.5.- Situación actual con respecto a la Instrucción para la

Recepción de Cementos RC-03.

Las bases reguladoras sobre la utilización de las adiciones puzolánicas en el

cemento vienen recogidas en las correspondientes legislaciones nacionales, aunque

varían en función del grado de desarrollo y conocimiento de cada uno de los países. Por

ello, el estudio sobre la viabilidad del uso de las rocas volcánicas de este trabajo de

investigación como tal, ha sido de acuerdo a la legislación vigente en España, mucho

más exigente que la de Colombia, lugar de donde procedían y después serían empleadas

en su caso, o no, según los resultados que se obtuvieran de esta investigación.

En España, esta legislación es establecida y revisada por la Comisión

Permanente del Cemento, del Ministerio de Fomento. Esta Comisión debido a su

Decisión 97/555/CE, de 14 de julio de 1997, por el que se establecía el procedimiento de

certificación de la conformidad de los cementos comunes con los requisitos de la

Directiva 89/106/CE, consideró oportuna la revisión de la anterior Instrucción para la

Recepción de Cementos (RC-97), con la finalidad, por una parte, de dar cumplimiento a

lo establecido en el Real Decreto 1630/1992, de 29 de diciembre, y, por otra, de

actualizarla en relación con las novedades que en materia de normativa técnica se han

producido durante su período de vigencia. De este modo en el BOE núm. 14 de 2004

quedó establecida, mediante el Real Decreto 1797/2003, de 26 de diciembre, la actual

Instrucción para la Recepción de Cementos (RC-03) [23], cuyo objeto es establecer las

prescripciones técnicas generales y las condiciones de suministro, almacenamiento y

recepción que deben satisfacer los cementos en España.

En la actualidad, según la citada Instrucción RC-03, existen ocho tipos

fundamentales de cemento:


− Cementos comunes

− Cementos resistentes a sulfatos

− Cementos resistentes al agua de mar

− Cementos de bajo calor de hidratación

− Cementos blancos

− Cementos para usos especiales

− Cementos de aluminato de calcio

− Cementos de albañilería

En este punto, se revisarán las especificaciones de las adiciones puzolánicas

naturales, por situarse en este tipo los materiales volcánicos objeto de esta

investigación. A este respecto, se debe decir también que al igual que para el resto de

adiciones puzolánicas, su contenido de sílice reactiva -SiO2r-- no debe ser inferior al

25%; las restantes especificaciones químicas, físicas y mecánico-resistentes para estos

materiales, se encuentran únicamente para su uso en la fabricación de cementos

resistentes a los sulfatos y de los resistentes al agua de mar, siendo todas ellas, según

R. Talero, son susceptibles de mejora [17, 20-22]. Por el contrario, para la fabricación

del resto de cementos, se deben cumplir diferentes especificaciones químicas sobre la

masa total del mismo, y no únicamente sobre la adición y la fracción clinker Portland, a

la par que se cumplan diferentes especificaciones físicas y mecánico-resistentes.

De este modo, se tiene que las citadas especificaciones para las adiciones

puzolánicas en estos dos tipos de cementos, los resistentes a los sulfatos y los

resistentes al agua de mar, son las siguientes:

− la relación SiO2/(CaO +MgO), en tantos por ciento en masa, debe ser superior a

3,5, siendo CaO el óxido de calcio reactivo definido en UNE-EN 197-1:2000 [11];

− la puzolana natural molida a finura Blaine equivalente a la del cemento de

referencia -±200 cm2/g- y mezclada con éste en proporción cemento/puzolanaa

igual a 75/25 en masa, deberá cumplir el ensayo de puzolanicidad a la edad de

siete días, según el método de UNE-EN 196-5:1996 [24];

− esta misma mezcla 75/25 en masa deberá dar una resistencia a compresión a la

edad de 28 días igual o superior al 75 por ciento de la resistencia del cemento de

referencia a la misma edad -índice de actividad resistente IAR-, según el método

de ensayo de UNE-EN 196-1:1996 [25];


donde el cemento de referencia, tanto para el ensayo de puzolanicidad como para el de

resistencia, debe ser de tipo CEM I 42,5 R/SR. Todas estas especificaciones químicas,

físicas y mecánicas son discutibles con fundamento según R. Talero [17, 20-22] y como

se acaba de decir, susceptibles de mejora.

En la página siguiente figura la Tabla 2, correspondiente a la Tabla 4.1.1 de

Cementos comunes de la Instrucción para la Recepción de Cemento RC-03.

Para la interpretación de la Tabla es necesario resumir la nomenclatura

normalizada. De este modo las siglas CEM indican que es un cemento común, el

número romano que aparece a continuación indica el tipo en función de la

composición. Los cementos con adiciones se designan con las siglas CEM II seguidas de

una barra (/) y de la letra que indica el subtipo (A o B). Separada por un guión (-) se

pone la letra que caracteriza la adición del cemento, es decir:

− S : escoria de horno alto;

− D: humo de sílice;

− P: puzolana natural;

− Q: puzolana natural calcinada;

− V: ceniza volante silícea;

− W: ceniza volante calcárea;

− T: esquistos calcinados;

− L y LL: caliza.

En gris se han resaltado los cementos comunes que se pueden preparar con

adiciones puzolánicas naturales de origen volcánico. Como se puede observar se

encuentran en las composiciones de los cementos comunes tipo CEM II, CEM III y

CEM IV, lo que puede llegar a representar una gran proporción de los cementos que se

pueden fabricar y comercializar en la actualidad.

Finalmente, se ha de destacar que de un total de 27 cementos con denominación

diferente de la Tabla 2, 17 -lo que supone aprox. 63%- poseen en su composición una o

varias adiciones puzolánicas naturales y/o artificiales. Asimismo, han de comentarse

también las proporciones en que estas adiciones sustituyen al cemento Portland, siendo

desde un mínimo de un 6% en los CEM II/A, hasta el máximo del 55% en los

CEM IV/B.

18 | U

niversidad de Castilla

-La Mancha: Trabajo de In

vestig

ación

Tabla 2.- Cementos comunes según la Instrucción para la Recepción de Cemento RC-03


Como se puede ver por lo expuesto acerca de las adiciones puzolánicas naturales

y artificiales, se hace evidente la importancia de la incorporación al cemento Portland

de estos tipos de materiales, tal y como ya se ha venido comentando, si bien, con una

adecuación bastante mayor que hasta ahora, según R. Talero.

1.1.6.- Adiciones puzolánicas naturales inorgánicas de origen

volcánico

Como breve introducción al origen, propiedades y comportamiento de las

posibles adiciones puzolánicas colombianas naturales de esta investigación, se deberán

comentar algunos aspectos comunes a la formación de los diferentes tipos de rocas

volcánicas, su composición y su clasificación.

Todas las propiedades de estos materiales como adición puzolánica, en

particular aquellas que las hacen aptas para su incorporación a los conglomerantes

hidráulicos, dependen de su composición químico-física y de su textura, las cuales a su

vez se relacionan con sus procesos de formación. En principio, todo dependerá de la

composición química del magma originario, de las condiciones de enfriamiento que

definen su composición mineralógica y textura, y de los procesos de alteración

posteriores que puedan sufrir, como meteorización y transformación química. De aquí

que se puedan obtener a partir de un mismo magma, diferentes rocas en cuanto a su

composición químico-física y textura. Esto justifica que estos factores y aspectos deban

ser revisados.

Este trabajo de investigación se debe a la experiencia del Instituto de Ciencias

de la Construcción “Eduardo Torroja”- C.S.I.C en el estudio de este tipo de materiales,

habiendo sido las más estudiadas de todas las adiciones puzolánicas españolas las

procedentes de las Islas Canarias “C”, de Olot “O” (Gerona) y de Almagro “A” en el

Campo de Calatrava (Ciudad Real), por haber sido las tres más utilizadas durante

muchos años por la industria del cemento española. Este motivo, junto con las ya

históricas relaciones permanentes con los responsables de la construcción en general, y

los fabricantes de cemento y hormigón, en particular, de Latinoamérica, fue lo que

motivó que este trabajo fuese solicitado a dicho Instituto por una fábrica de cemento de

Colombia.


1.1.6.1.- El magma.

La inmensa variedad de rocas magmáticas no se corresponden con el mismo

número de tipos de magma originario. Los llamados magmas originarios son escasos.

No obstante, la composición química de las rocas volcánicas, depende

fundamentalmente del magma del que se originen. Un magma es una mezcla fundida

de una fracción sólida silicatada, un líquido de alta temperatura y una fracción gaseosa

volátil. Cuando un magma se enfría, origina rocas ígneas o magmáticas. De este modo

se tienen que aproximadamente el 80% de la corteza terrestre son de este tipo [26].

Puede ocurrir que el magma se enfríe con lentitud en el interior de la corteza

terrestre, donde además está sometido a grandes presiones, o bien, si el magma sale a

la superficie se consolide debido a un rápido enfriamiento. El equilibrio físico-químico

del magma originario se desplaza de modo muy diferente en función de la temperatura,

dependiendo por tanto de la velocidad de enfriamiento. Si el enfriamiento es lento, las

especies minerales que se generan tienen tiempo para cristalizar, o bien para fundirse

de nuevo total o parcialmente en caso de no encontrarse en equilibrio. De este modo se

originan las rocas intrusivas o plutónicas, o si se forman en grietas de la corteza se

denominan filonianas. Ambos tipos son de textura granuda, con cristales bien

definidos -idiomorfos- y totalmente cristalizados -textura holocristalina- [26, 27]. Por

el contrario si el enfriamiento es muy rápido, la masa fundida no tiene tiempo para

alcanzar el equilibrio quedando subenfriado por debajo de su temperatura de fusión,

con lo que las formas minerales no tienen tiempo de aparecer y la viscosidad del

fundido aumenta progresivamente hasta la temperatura de transición vítrea. A partir

de entonces aparece un cambio en dicha evolución de la viscosidad, lo que se considera

como la aparición de la fase vítrea y el origen de las rocas extrusivas o volcánicas, ya

que se originan en la superficie de la corteza cuando el magma es expulsado en forma

de lava o piroclastos en las erupciones explosivas.

Las variables más características de los magmas son su temperatura de fusión y

su contenido de sílice. Así se ha observado como algunas lavas básicas tienen una

temperatura de fusión de entre los 1.000 ºC y 1.200 ºC, mientras que los magmas

ácidos por el contrario se encuentran del orden de los 700 ºC [26]. La otra

característica fundamental de los magmas es su viscosidad, que depende de la

proporción del contenido de sílice, y por tanto de su acidez, de los gases presentes y de

la temperatura, de este modo los magmas ácidos son más viscosos que los básicos.


Los magmas y las rocas que de ellos se forman, se clasifican en función de su

análisis químico en óxidos, siendo el más importante para ello la cantidad de SiO2 como

ya se ha citado, tal y como se recoge en la Tabla 3.

Desde le punto de vista mineralógico, la mayor parte de los minerales que

constituyen las rocas ígneas son del grupo mineral de los óxidos e hidróxidos y de los

silicatos. Los minerales del primer grupo tienen sobre todo una significación especial

en la química y petrografía de estos tipos de rocas. El grupo de los silicatos, es a la vez

que el más complejo, el de mayor importancia, por encontrase en mayor cantidad y

porque les confieren en mayor medida sus propiedades. De este modo, las rocas ácidas,

ricas en sílice, potasio y sodio, tienen minerales fundamentales esenciales cuarzo,

feldespatos alcalinos (ortosa y albita) y mica blanca (moscovita). Estos minerales son

de color claro, y se denominan leucocratos o félsicos. Por el contrario, cuando crece la

cantidad de hierro, calcio y magnesio, se forman minerales ferromagnesianos o

máficos, como olivino, piroxeno, anfíbol, plagioclasa cálcica y mica negra o biotita.

Estos minerales son denominados oscuros o melanocratos y son los que caracterizan

las rocas básicas. Minerales en menores cantidades son la magnetita, el rutilo, el circón

y la pirita, que se denominan accesorios [26-28].

Tabla 3.- Clasificación de los tipos de magma y las rocas ígneas o magmáticas que originan [27].

Clasificación % SiO2 Plutónicas Filonianas Volcánicas

Pórfidos Traquita

Pegmatitas Riolita Ácidos > 65 Granitos

Aplitas Dacita

Diorita Microdiorita Intermedios 65 - 52

Sienita Microsienita Andesita

Básicos 52 - 45 Gabro Diabasa (ofita) Basalto

Ultrabásicos < 45 Peridotita - Basalto picrítico

1.1.6.2.- Las rocas volcánicas.

Las rocas volcánicas, también llamadas vulcanitas, efusivas o extrusivas, tal y

como se ha citado anteriormente, se forman con la salida del magma -llamado entonces

lava- a la superficie terrestre. Si se observan por el microscopio óptico se pueden

observar dos tipos de texturas diferentes. Si el proceso de enfriamiento es rápido, la

cristalización es mínima, por lo que la mayor parte de la masa se encuentra en estado

amorfo, lo que constituye el denominado “vidrio volcánico”. Si por el contrario, el

enfriamiento no es tan súbito, puede aparecer una masa algo menos vítrea o


microcristalina, donde se encuentran grandes cristales regulares denominados

fenocristales. En este caso la estructura es porfídica. Los gases contenidos en el

magma, principalmente vapor de agua y dióxido de carbono, se desprenden durante el

enfriamiento confiriéndoles su estructura macroporosa y microporosa

Desde el punto de vista de su utilización como adiciones puzolánicas, se debe

decir que por lo general los materiales empleados son los productos de una serie de

transformaciones de las rocas originales. Debido a que se encuentran en primer

momento en un estado de no equilibrio con respecto a la composición química del

magma que las originó, y basta un pequeño cambio en las condiciones en las que se

encuentran para que las fases vítreas experimente las citadas transformaciones. Así

pueden ser endógenas, como por ejemplo zeolitización, cristalización y cementación, o

bien, hexógenas como al argilización [19].

Las dimensiones cubiertas por estas rocas volcánicas varían desde las pequeñas

corrientes de lava enfriada hasta los gigantes complejos efusivos, que pueden cubrir

muchos cientos de kilómetros cuadrados de la superficie terrestre, como por ejemplo

las capas de la India o Groenlandia. A su vez, las particularidades de cada proceso de

formación de rocas volcánicas hacen que la composición química de las mismas sea

muy diversa, si bien su composición química y por tanto parte de su comportamiento

como adición puzolánica, dependerá en rasgos generales del tipo de volcán donde se

produzcan, encontrándose tres tipos fundamentales:

− Volcanes de zonas de distensión: dorsales oceánicas (Islandia, Azores) o

rift continental (África oriental). Son de tipo basáltico, con erupciones

tranquilas de lavas fluidas y ausencia de productos piroclásticos sólidos.

− Volcanes de zonas de compresión (costas del Pacífico, Caribe,

Mediterráneo). Predominantemente andesíticos, es decir, de lavas más

ácidas y viscosas que las anteriores, que provocan erupciones violentas,

con explosiones y abundantes piroclastos. Se denomina orogénico, se

produce a 100-150 km de profundidad sobre los planos de Benhioff. Las

elevadas temperaturas de estos niveles (aprox. 1.000 ºC) causan la

deshidratación de la corteza de subducción, con toda su masa de

sedimentos. Esta agua, cargada de sílice y de sodio, potasio y calcio,

fundamentalmente, provoca fusiones parciales en las zonas del manto y

de la corteza por las que asciende pudiendo dar lugar a distintos tipos de


lava, aunque como ya se ha citado antes, por lo general son de tipo

andesítico.

− Volcanes de puntos calientes, de áreas con altos flujos de calor,

procedentes de zonas a elevada profundidad. Son de naturaleza variada,

predominando los de lavas básicas (Hawaii, meseta de Dekán –India-).

Desde el punto de vista mineralógico, y relación con las adiciones puzolánicas,

de los dos grupos de minerales que se originan, óxidos e hidróxidos, los más relevantes

son el cuarzo y el ópalo, así como sus variedades la geiserita y trípoli. Por otro lado, en

los silicatos destacan por sus propiedades los feldespatos -ortoclasa y plagioclasas-, los

piroxenos, anfiboles y peridotitas, así como las serpentinas -productos de

descomposición de los tres últimos- y las arcillas y caolinitas -productos de degradación

de los primeros-. Igualmente lo son la leucita, la sodalita y las zeolitas.

Como se ha mencionado antes, en el proceso de formación de las rocas a partir

del magma se suceden una serie de equilibrios físico-químicos con el sucesivo

enfriamiento, lo que produce que los procesos de cristalización sean de tipo

fraccionado, y siendo descritos por las series de Bowen [26]. Así, en la Fig. 2 se

representan el orden de cristalización de los minerales y las rocas volcánicas que

producen.

Basalto

Olivino

Ca

Andesita

Piroxenos Orto-Clino

Traquita

Anfíboles

Plagioclasas

Riolita

Biotita

Moscovita

Cuarzo

Ortosa

Na

Series de reacción de Bowen

Melanocratos - serie discontinua ferromagnesiana

Leucocratos - minerales pegmatitas + plagioclasas

Figura 2.- Series de reacción de Bowen y las rocas volcánicas que forman [26]


La clasificación de las rocas volcánicas se basa en las asociaciones minerales, la

composición química, las características estructurales y texturales y el tipo de

asociación de rocas. Deben por tanto tenerse en cuenta las variaciones químicas de este

grupo rocoso. Como se vio anteriormente, debido a la composición de la mayoría de las

rocas volcánicas, la división más simple se basa en el contenido en silicio de las rocas.

No obstante, esto supone sólo una primera aproximación, ya que debido a que durante

la historia de la formación de las rocas magmáticas, como se mencionó, a partir de

magmas originarios relativamente escasos se pueden desarrollar una cantidad casi

inabarcable de tipos y de rocas magmáticas, a causa de los diversos procesos de

modificación. Además, la naturaleza no ofrece unos límites precisos, a partir de los

cuales pueda exponerse un principio de subdivisión, de modo que el intento de realizar

una clasificación útil siempre se topa con el problema de la selección de dichos límites.

En base a las recomendaciones de la Unión Internacional de Ciencias Geológicas

-IUGS-, hoy en día se emplea en todo el mundo el llamado diagrama de Streckeisen

(1976), el triángulo doble Q-A-P-F -véase la Fig. 3- para la clasificación de las rocas

plutónicas y sus equivalentes volcánicas. La base de esta sistemática es el contenido

mineral de los componentes claros o félsicos:

− Q = minerales de la sílice -cuarzo, tridimita y cristoblaita-;

− A = Feldespatos alcalinos -ortoclasa, microclima, anortoclasa, sanidina y

albita, incluyendo la albita hasta un contenido de antortita del 5 %-;

− P = plagioclasas, -con contenido en arotita superior al 5 %- y escapolita.

− F = feldespatoides -foides-.

Solamente se excluyen de este triángulo doble a las ultramafititas o bien las

ultrabasitas con un número de color M = 90-100, es decir que están constituidas por

componentes oscuros o máficos, y apenas muestran minerales claros. Todas las

magmatitas con un número de color inferior a 90 son distribuidas y citadas según el

triángulo doble Q-A-P-F [26-28].

En el triángulo superior están ordenadas las magmatitas que contienen cuarzo;

en el inferior se distribuyen los feldespatoides. Esto se debe a que nunca aparecen en la

misma roca ambos minerales, debido a que se formarían plagioclasas. Para la

obtención del punto e proyección en el triángulo doble se normaliza la participación

volumétrica total de los minerales claros de la roca a la suma de 100, quedando que

Q + A + P = 100, o bien que F + A + P = 100; en el primer caso se averigua el índice del


feldespato según P/(A + P) y se proyecta la línea del feldespato AP en el sentido de Q

según Q/(A + P + Q), o bien en el sentido F según F/(A + P + F) [27]. El triángulo doble

Q-A-P-F está dividido en 15 campos según las comprobaciones tradicionales de su

frecuencia, que se denominan con los nombres de rocas conocidos desde antiguo. En

muchas masas magmáticas, algunas de las variedades rocosas transcienden estas

estrictas limitaciones y la variación del campo vecino, encontrándose situadas

simultáneamente en varios campos.

En las rocas volcánicas, la presencia de vidrio o el pequeño tamaño de los

cristales impiden a menudo la identificación de los minerales y, por tanto, la

determinación de su composición modal. Por ello, si no es posible reconocer la

mineralogía de la matriz, la moda, se basa en la identificación de los fenocristales, en

cuyo caso se antepone el prefino “feno-” al nombre de la roca.

Figura 3.- Diagrama de Streckeisen


La IUGS por ello ha establecido un método de clasificación mediante la

denominada clasificación TAS -Total de álcalis-sílice-. Se utiliza el diagrama TAS, en el

que se representa el porcentaje en peso de SiO2, en abscisas, frente al de álcalis (Na2O +

K2O), en ordenadas. Se hace por tanto necesario el análisis químico, a diferencia del

petrográfico como en el sistema anterior. En la Fig. 4 se representa el citado diagrama y

los campos en que se divide. En el caso de la trefrita-basanita y de la traquita-

traquidacítica se deben calcular los contenidos normativos de olivino o de cuarzo.

Figura 4.- Diagrama TAS para la clasificación de las rocas volcánicas.

(1) Picrobasalto (2) Basalto (3) Andesita basáltica (4) Andesita (5) Dacita (6) Riolita (7) Tefrita -Ol<10%-

Basanita -Ol>10%- (8) Fonotefrita (9) Tefri-fonolita (10) Fonolita (11) Traquibasalto (12) Traquita-andesita

basáltica (13) Traquiandesita (14) Traquita -Q<20%- Traquidacita -Q>20%-.

Por último, para clasificar los campos 11, 12 y 13 existe una desigualdad

adicional tal y como se puede observar en la Tabla 4.

Tabla 4.- División de las rocas de los campos 11, 12 y 13 del diagrama TAS.

Traquibaslto Traquitandesita

basáltica Traquiandesita

Na2O - 2,0 ≥ K2O Hawaiita Mugearita Benmoreita

Na2O - 2,0 ≤ K2O Traquibasalto

potásico Shoshonita Latita


Las rocas volcánicas ácidas contiene grandes cantidades de sílice (> 65%) y, por

tanto, contienen abundante cuarzo (sobre el 90%) o vidrio, feldespato potásico y

plagioclasa ácida. Las rocas volcánicas ácidas son relativamente raras, pese a que sus

equivalentes intrusivos, los granitos, estén ampliamente distribuidos formando grandes

cuerpos por toda la corteza terrestre. La riolita y la dacita, con sus variedades, son las

asociaciones minerales de las rocas volcánicas ácidas. Estas rocas contienen

proporciones muy variables de vidrio. Pueden estar enteramente constituidas por

vidrio volcánico ácido o contener considerables proporciones de fenocristales y clastos

en una matriz vítrea. La mayoría de los minerales esenciales se forman bajo

condiciones oxidantes a alta temperatura y tiene unas características especiales.

Por otra parte, las rocas volcánicas intermedias -65%>SiO2>52%- se

caracterizan principalmente por la presencia de abundantes feldespatos, que

constituyen los minerales félsicos mayores, con o sin cuarzo y, a veces, con pocos

feldespatoides. Las rocas volcánicas intermedias se pueden subdividir en tres grupos:

rocas andesíticas, latíticas y traquíticas, establecidos según el contenido relativo de

plagioclasa y feldespato alcalino en las rocas. En las rocas andesíticas (andesita,

icelandita y basalto andesítico), más de las dos terceras partes de los feldespatos son

plagioclasas. La latita y la doreíta contiene aproximadamente la misma cantidad de

plagioclasa que de feldespato alcalino, junto con un poco de cuarzo. Las traquitas,

incluyendo traquitas calcoalcalinas (traquita y cuarzotraquita) y traquitas alcalinas

(traquitas alcalinas, arsoíta, queratófido), contienen más cantidad de feldespato

alcalino que plagioclasa, unos pocos mineráles máficos alcalinos y algunos

feldespatoides.

El nombre basalto es un término general utilizado para definir rocas volcánicas

básicas de grano fino o vítreas, que están compuestas esencialmente por plagioclasa

básica (generalmente labradorita) y uno o dos piroxenos, junto con cantidades menores

de óxidos de hierro y titanio. Los basaltos están ampliamente distribuidos sobre la

superficie terrestre y representan el volumen más grande de rocas volcánicas.

Basándose en la saturación de sílice y en el contenido relativo en álcalis, los basaltos se

pueden subdividir, a grandes rasgo, en: basaltos alcalinos, subsaturados en sílice, y

basaltos subalcalinos toleíticos, saturados o sobresaturados en sílice. A grandes rasgos,

los principales minerales constituyentes de rocas básicas son la plagioclasa, los

piroxenos y el olivino; los materiales accesorios son óxidos de Fe y Ti (ilmenita y

magnetita), sanidina, apatito, cuarzo y feldespatoides. El vidrio volcánico se puede

hallar en la matriz y generalmente aparecen zeolitas como último mineral. No obstante,


la composición de los minerales y la asociación mineral de las rocas basálticas varía de

un tipo basáltico a otro.

Por último, las denominadas rocas ultramáficas contienen más del 90% de

minerales ferromagnesianos que, a la vez, tienen un bajo contenido en sílice, igual que

las rocas ultrabásicas. La práctica totalidad de rocas ultramáficas son ultrabásicas con

algunas excepciones. Al contrario, hay rocas ultrabásicas que no son ultramáficas, como

las komatiítas, las carbonatitas y anortositas. Las rocas ultramáficas eruptivas se hallan

ocasionalmente asociadas a basaltos toleíticos o bien alcalinos. La mayoría de

minerales que constituyen estos dos tipos de rocas incluyen el olivino rico en magnesio

-principalmente forsterita-, piroxenos -ortoclinopiroxenos y clinopiroxenos-, con poco

feldespato -que puede estar ausente- y a veces, anfíbol. El grupo de los piroxenos

incluye augita, pigeonita o hiperstena. La augita titanada se puede hallar en la picrita.

Como minerales accesorios, se hallan magnetita, ilmenita, cromita, espinela

-prinicipalmente picotita- granate y apatito.

Por lo tanto, se puede concluir que para una adición puzolánica de este tipo se

lleva a cabo sólo una somera predicción de sus propiedades a través de su composición

química, por ello para su completa caracterización es además necesario la realización

en principio, de los análisis petrográficos correspondientes y del empleo de otras

técnicas avanzadas, y seguidamente, la realización de los análisis y ensayos oportunos

para su aceptación o rechazo como adición al cemento Portland.

1.2.- Cemento Portland. Generalidades.

Debido a que el uso mayoritario de las adiciones puzolánicas es el de su

incorporación al cemento Portland, a continuación, se comentarán las características de

este material. El cemento Portland está constituido por clinker Portland y una pequeña

cantidad de yeso que actúa como regulador de fraguado. Ambos, molidos hasta valores

de superficie específica Blaine, SEB, de 3.500 cm2/g, lo que se considera finura normal,

o hasta 5.000 cm2/g, elevada finura. Su reacción con el agua conduce a su hidratación,

y con ella, al fraguado y endurecimiento del mismo, es decir, le proporcionan el ya

consabido carácter hidráulico que lo caracteriza y que define por su resistencia

mecánica, estabilidad volumen y durabilidad.

Del enfriamiento súbito de la masa reactiva del horno, el “crudo” del clinker

Portland, se obtiene el clinker de cemento Portland, propiamente dicho, o clinker


Portland, cuyos componentes no han cristalizado totalmente, lo cual es deseable para

una mejor molienda del mismo y una mejor distribución de fases hidráulicas. Estas

fases poseen un elevado desorden estructural, lo que se traduce en elevada energía

interna, lo que causa principalmente que cuando se ponen en contacto con el agua

manifiesten tan rápidamente su hidraulicidad.

Un esquema simplificado de la fabricación del clinker Portland es:

Figura 5.- Esquema de fabricación del clinker Portland.

Todos los compuestos sintéticos presentes en el clinker del cemento Portland

son anhidros; pero cuando se ponen en contacto con el agua, como se ha expuesto, se

hidratan, para formar compuestos hidratados. Temporalmente se constituyen

disoluciones sobresaturadas e inestables; luego éstas depositan gradualmente sus

solutos en exceso y tienden al equilibrio con los compuestos hidratados producidos. La

velocidad de hidratación y el grado de saturación temporal de las disoluciones se

determina por el estado físico de los compuestos del cemento, así como por su

naturaleza química y mineralógica. Debido a que los compuestos anhidros originales no

pueden existir en disolución acuosa, el resultado final de la acción del agua tiene que

ser la hidratación completa de los mismos, la cual y por lo común, se verifica en la


mayoría de las ocasiones en un periodo de tiempo muy largo, lo que les confiere su ya

contrastada durabilidad, que en condiciones normales de uso, está avalada incluso, por

multitud de importantes construcciones de más de 100 años lo que avala su calidad, la

cual por este motivo la llevan implícita. Los compuestos hidratados, por otra parte,

pueden existir permanentemente en contacto con ciertas disoluciones, aunque en

muchos casos forman lo que se llama disoluciones incongruentes. Una disolución

incongruente es aquella en la cual el compuesto se descompone parcialmente cuando

está en disolución.

1.2.1.- Composición del cemento Portland

La composición mineralógica general de un cemento Portland normal oscila en

el entorno de los valores indicados en la Tabla 5.

Tabla 5.- Composición mineralógica de un Cemento Portland Normal

Los análisis químicos de los cementos Portland se expresan en porcentaje de los

óxidos constituyentes. En la Tabla 6, se presentan la notación y el nombre común que

se usa en tecnología del hormigón y se ha extendido universalmente; y a título de

ejemplo, la composición química de un cemento Portland Normal [29].

Para el CO2 y el SO3 los símbolos son según la formulación propia de la química

del cemento, C y S, respectivamente, para evitar confusiones con C (CaO) y S (SiO2).

Para el H2O el símbolo es H. Por otra parte, y mediante los valores de los mencionados

óxidos obtenidos por análisis químico y las conocidas fórmulas de Bogue, se puede

obtener la composición potencial de dicho cemento Portland [29, 30].

1.2.2.- Hidratación del cemento Portland.

Como ya se ha expresado, cuando el cemento Portland se mezcla con agua, sufre

una serie de reacciones químicas que son finalmente las responsables de su fraguado y


endurecimiento. Todas las reacciones químicas incluyendo la hidratación pueden ser

descritas por reacciones estequiométricas, con una velocidad de reacción y calor de

reacción que las caracteriza. Además, puede conocerse como contribuyen los productos

de hidratación al desarrollo de la resistencia mecánica.

Tabla 6.- Notación y composición química de un Cemento Portland Nomal

En la Tabla 7 se resumen las características de la hidratación de los

componentes del cemento Portland [12]. Las velocidades de hidratación de los

compuestos puros se pueden observar en la Fig. 6 [30]. En ella puede verse que los

compuestos con mayor velocidad de hidratación son el C3A y el C3S, mientras que el C2S

se hidrata mucho más lentamente. La presencia de yeso retarda la hidratación del C3A.

En cuanto al C4AF se cree que la reacción C4AF - H2O - CaSO4·2H2O es más lenta

incluso, que la del C3S; mientras que la hidratación del C4AF en ausencia de

CaSO4·2H2O es más rápida.

Tabla 7.- Características de la hidratación de los componentes

Las velocidades de hidratación de las fases mineralógicas del cemento Portland,

difieren de la de los compuestos puros, si bien, siguen las mismas tendencias cuando se

encuentran todos juntos. De la Fig. 7 se observa que la alita y la belita reaccionan más


rápidamente que los compuestos puros. También se observa como la fase ferrítica C4AF

se hidrata más lentamente que el C3S. Por su parte el C3A es el que más rápido se

hidrata.

Figura 6.- Grado de hidratación de los compuestos puros del cemento Portland

En la Fig. 8 [30] se observa claramente el desarrollo de la resistencia mecánica

de los componentes del cemento. El C3S proporciona resistencia mecánica a corta edad;

y ambos el C3S y el C2S, contribuyen a la resistencia mecánica final. Así, es posible

cambiar el desarrollo de la resistencia mecánica de un cemento, alterando su

composición. Por ejemplo, para lograr elevadas resistencias mecánicas a cortas edades,

se trata de aumentar por lo común, las cantidades de C3S y C3A, pero

consecuentemente, el calor de hidratación liberado es mayor; en cambio, si se quiere un

cemento de baja resistencia mecánica inicial, se incrementará el porcentaje de C2S lo

que subsidiariamente provoca una baja liberación de calor de hidratación. No obstante

y a pesar de lo anterior, las cantidades de calor de hidratación desprendido también

pueden ser controladas, y de hecho lo son, mayormente, ajustando la finura de molido

del clinker y el regulador de fraguado a partir del cual se obtiene un determinado

cemento Portland.

Lógicamente, las reacciones de hidratación del cemento son todas exotérmicas,

esto es, liberan calor. Así, durante el proceso de endurecimiento la mezcla permanece

caliente debido al calor de hidratación generado internamente. Por lo tanto, la

evolución de la velocidad de liberación del calor de hidratación dependerá tanto de la

velocidad de generación como de la de disipación.


Figura 7.- Grado de hidratación de las fases del cemento Portland

Figura 8.- Desarrollo de resistencia mecánica de los compuestos puros del cemento Portland.

1.2.3.- Hidratación de los silicatos de calcio

Las reacciones de hidratación de los dos silicatos de calcio fundamentales del

cemento Portland, el C3S y el C2S, reacciones químicas {3, 4}, son

estequiométricamente similares, y difieren únicamente en la cantidad de hidróxido de

calcio formado, que por su origen recibe el nombre de portlandita. El producto

principal de la hidratación es el silicato de calcio hidratado, siendo su fórmula

estequiométrica aproximada C3S2H3.


QCHHSCHSC ++→+ 362 3233 {3}

QCHHSCHSC ++→+ 3232 42 {4}

Este producto de hidratación es en principio pobremente cristalino, con

pequeñas partículas de tamaño coloidal (menos de 1 µm). De aquí, que en un principio

se le diera el nombre de “gel de tobermorita” pero en la actualidad recibe el nombre de

gel CSH, o simplemente CSH. El hidróxido de calcio (CH), denominado portlandita, por

el contrario, es un producto cristalino de composición química y cristalina fija.

Las reacciones anteriores no se detienen cuando la disolución está saturada en

hidróxido de calcio de las sucesivas hidrataciones, sino que continúan hasta alcanzar

incluso la sobresaturación, lo que provoca a su vez que la cal liberada por la reacción de

hidratación, precipite finalmente como cristales de hidróxido de calcio, Ca(OH)2 para

descender al nivel de la saturación, y así sucesivamente. El gel CSH formado permanece

estable en contacto con la disolución saturada de CH, pero si hay deficiencia de esta

última, se hidrata liberando de nuevo hidróxido de calcio hasta elevar el valor de la

concentración lo suficiente como para alcanzar de nuevo las condiciones de

sobresaturación. El equilibrio se alcanza solamente cuando está presente también en el

sólido un gel CSH menos básico y la concentración de cal en la disolución ha alcanzado

el valor requerido para hacer estable el silicato más básico remanente [30].

La secuencia de las reacciones puede seguirse convenientemente a través de la

curva calorimétrica, Fig. 9, la cual representa la velocidad de evolución del calor de

hidratación en función del tiempo.

El calor de hidratación que fluye es proporcional a la velocidad de reacción y

puede medirse fácilmente en el caso del C3S que es el componente de mayor interés, el

cual cuando se mezcla con agua, da lugar a un periodo de rápida evolución de calor

-Etapa 1- que cesa alrededor de 15 minutos. A continuación, a dicho periodo, le sigue un

periodo de relativa inactividad, denominado periodo latente -Etapa 2-, el cual se debe

al estado plástico de la mezcla durante varias horas. El fraguado inicial ocurre entre la

segunda y la cuarta hora, tiempo durante el cual el C3S comienza a reaccionar

nuevamente con vigor hacia el fin del periodo latente. El C3S continúa hidratándose

rápidamente, llegando a alcanzar una velocidad máxima al final del periodo de

aceleración -Etapa 3-. El fraguado final ocurre entre la cuarta y la octava hora y

comienza un temprano endurecimiento. Finalmente la velocidad decae, período de


desaceleración -Etapa 4-, hasta llegar a un estado de estabilización -Etapa 5- entre las

doce y las veinticuatro horas. En cada etapa ocurren los procesos que figuran en la

Tabla 8. [29, 30].

Figura 9.- Velocidad de liberación de calor del C3S

Tabla 8.- Secuencia de la hidratación de los silicatos de calcio

En el primer contacto con el agua, se liberan rápidamente iones Ca2+ y OH- de la

superficie de cada grano de C3S. El pH se eleva a 12 o más en pocos minutos,

volviéndose la disolución muy alcalina. La hidrólisis y disolución de iones disminuye

aunque continúa durante el periodo latente. Cuando las concentraciones de calcio e

hidróxido llegan a un valor crítico, los productos de hidratación, el CH y el gel CSH,

empiezan a formarse desde la disolución sobresaturada con lo que la reacción de

hidratación del C3S continua rápidamente. El periodo latente se debe a la necesidad de


llegar a una determinada concentración de estos iones en disolución, previa a la

formación de los núcleos de los cristales, este fenómeno es conocido como nucleación.

Los cristales de portlandita, CH, se forman a partir de la disolución, mientras

que el gel CSH se desarrolla sobre la superficie de los granos de C3S. Como la

hidratación continua, se forman capas cuya densidad aumenta constituyendo una

barrera que retarda el proceso de difusión, y por lo tanto el crecimiento de los cristales.

Existe un cambio de régimen en el control del proceso, pues ahora existe un control

difusional. Eventualmente, el movimiento a través de las capas del gel CSH determina

la velocidad de reacción y la hidratación constituye una difusión controlada. La

hidratación completa no se puede obtener a menos que el C3S esté finamente dividido y

la mezcla se vuelva a moler a intervalos, para exponer nuevas superficies al agua. Si no

se hace esto, se obtiene un producto que muestra núcleos de C3S no atacados, rodeados

por una capa de silicato hidratado, que es muy impermeable al agua y hace que su

posterior hidratación sea lenta.

El C2S se hidrata de una manera similar, pero es más lento porque es menos

reactivo que el C3S. La cantidad de calor liberado en la hidratación del C2S es más baja

que la del C3S lógicamente. De aquí, que la curva calorimétrica no sea medible

experimentalmente, como la del C3S, según la cual a las 100 horas se ha desarrollado

alrededor del 80% de la hidratación, mientras que a la misma edad, el C2S sólo alcanza

el 10% [12].

1.2.4.- Hidratación del aluminato tricálcico.

El aluminato tricálcico, C3A, reacciona muy rápidamente con el agua aunque

mucho menos en disolución saturada de cal. Al clinker Portland se le incorpora piedra

de yeso natural finamente molida, CaSO4·2H2O (CSH2), al objeto de controlar la muy

rápida hidratación inicial del C3A, gracias a que produce una serie de reacciones con el

ión sulfato presente en la disolución procedente de la disolución parcial del yeso, que la

retardan. Los productos de hidratación formados se resumen en Tabla 9, donde se

observa la gran influencia que tiene la relación de yeso-aluminato sobre el producto de

reacción formado [30]. La primera de las reacciones del C3A está expresada en la

reacción química {5}:

QHSACHHSCAC +→++ 323

_

62

_

3 263 {5}

1 8 Relación de volumen


Tabla 9.- Formación de los productos de hidratación del C3A

El sulfoaluminato de calcio hidratado, llamado comúnmente ettringita, o fase

AFt (fase alúmino ferrito trisustituida), es un producto de hidratación estable, pero

únicamente mientras aún haya sulfato disponible en la disolución, como se aprecia en

la Tabla 9. Si el sulfato reacciona totalmente antes de que el C3A complete su

hidratación, la ettringita se transforma en otro sulfoaluminato de calcio de menor

contenido de sulfato, véase la reacción química {6}.

QHSACHHSACAC +→++ 12

_

4323

_

63 342 {6}

Este nuevo producto se denomina monosulfoaluminato de calcio hidratado o

monosulfoaluminato únicamente o Fase AFm (fase alúmino ferrito monosustituida). A

veces la Fase AFm se forma antes que la Fase AFt, cuando el C3A reacciona más

rápidamente con los iones sulfato sin que haya tiempo suficiente a una nueva

redisolución de estos iones en el agua de amasado.

Ambos pasos en la hidratación del C3A son exotérmicos. La formación de la

ettringita retarda la hidratación del C3A residual, por la formación de una barrera

difusora alrededor del mismo, similar a la formada durante la hidratación de los

silicatos de calcio. Esta barrera se rompe durante la conversión a monosulfoaluminato

y el mencionado C3A residual, reacciona rápidamente, otra vez. Así la curva

calorimétrica para la hidratación del C3A es cualitativamente semejante a la del C3S,

pero las reacciones son completamente diferentes, y la cantidad de calor de hidratación

generada es mucho mayor [29, 30], véase la siguiente Fig. 10:


Figura 10.- Velocidad de liberación de calor del C3A

El primer pico ocurre dentro de los 10 a 15 minutos, y el tiempo al que ocurre el

segundo pico depende de la cantidad de sulfato disponible. A mayor cantidad de yeso

en el sistema, la ettringita permanece más tiempo estable. La conversión a

monosulfoaluminato ocurre para la mayoría de los cementos entre las 12 y 36 horas

después de haberse formado inicialmente la ettringita.

Cuando el monosulfoaluminato entra en contacto con una nueva fuente de

iones sulfato, se forma nuevamente ettringita, reacción química {7}, correspondiendo a

esta transformación un aumento de volumen.

QHSACHHSCHSAC +→++ 323

_

62

_

12

_

4 162 {7}

1 2,24 Relación de volumen

Como se ha expresado, el yeso que se adiciona, retarda la reacción inicial de

hidratación del C3A con el agua; de aquí que en ausencia de yeso llegue a producirse un

fraguado relámpago debido a la velocidad tan rápida de formación del aluminato de

calcio hidratado, reacción química {8}.

QAHCAHCHAC ++→+ 821343 212 {8}

Estos hidratos no son estables y con el transcurso del tiempo y en ausencia de

yeso, se convierten a hidrogranates, reacción química {9}.


QHAHCAHCAHC ++→+ 92 6382134 {9}

Es posible que aún con la presencia de yeso, si el aluminato tricálcico es muy

reactivo, aparezcan aluminatos de calcio hidratados. Cuando la cantidad de yeso es

pequeña y queda C3A sin reaccionar, se forma una disolución sólida de C2ASH12 y

C4AH13 de estructura cristalina semejante -reacción química {10}.

QHCHSCACHCHACHSAC +→+++ 12

_

3312

_

4 ),(212 {10}

1.2.5.- Hidratación de la fase ferrítica

La hidratación del C4AF produce una secuencia similar a la del C3A con o sin

yeso. No obstante, las reacciones son mucho más lentas y menos exotérmicas. Al

contrario del C3A nunca se hidrata tan rápidamente como para causar el fraguado

relámpago. El yeso retarda la hidratación del C4AF, pero no tan drásticamente como la

del C3A. Los cambios en la composición de esta fase, sólo afectan a la velocidad de

hidratación. Así, a medida que aumenta el contenido de hierro, la hidratación es más

lenta aún. En esta hidratación, el hierro, expresado como óxido de hierro (III), juega un

papel tan importante como el aluminio, expresado como óxido de aluminio o

simplemente alúmina. Como se puede ver en las reacciones químicas {11, 12}, hay

defecto de cal para formar los sulfoaluminatos de calcio hidratados, a menos que,

también se formen los hidróxidos de hierro y aluminio.

QHFAHSFACHHSCAFC ++→++ 332

_

362

_

4 ),(),(213 {11}

QHFAHSFACHHSFACAFC ++→++ 312

_

432

_

364 ),(),(37),( {12}

La expresión (A,F) de ambas fórmulas indica que los óxidos de hierro y aluminio

son intercambiables, aunque la relación A/F no sea la misma [17].

Chen y Shi [31], obtuvieron los tiempos de formación de las fases AFt a partir

del C4AF y del C6AF2, al ser mezclados con yeso en proporciones variables de 1:1, 1:2,

1:3 y 1:4, todos con relación agua:sólido de 0,5. Los tiempos para la formación total de

la fase AFt para el C4AF fue de 30 días y para el C6AF2 fue de 60 días. Estos valores

confirman el hecho de que la hidratación del C4AF es mucho más lenta que la del C3A.


1.2.6.- Interacción de los componentes del cemento Portland.

La velocidad de hidratación por separado de los componentes del cemento

Portland, durante los primeros días tiene el siguiente orden C3A > C3S > C4AF > C2S.

Los cementos Portland dan valores intermedios. Sin embargo, es posible que dos

muestras distintas del mismo cemento Portland, no tengan velocidades de hidratación

iguales, debido a diferencias en el grado de finura de molido, en la velocidad de cocción

y/o enfriamiento del clinker, o bien, a factores adicionales, tales como la presencia de

alcalinos e impurezas y otros compuestos minoritarios del cemento Portland.

La hidratación por separado de los componentes del cemento Portland, como se

ha visto hasta aquí, es válida para algunos propósitos, pero no es completamente real.

Un cemento Portland normal tiene una curva típica de evolución del calor como la que

se observa en la Fig. 11.

Sarkar [32], investigó el efecto de la finura de molido sobre los cementos

Portland, por medio de la evaluación de resistencia a compresión, la evolución del calor

de hidratación, mediante microscopia electrónica y difracción de rayos X. Halló que los

cementos Portland, cuanto mayor era su finura de molido, mayor cantidad de calor de

hidratación liberaban, debido a que las reacciones se aceleraban produciéndose un

rápido aumento de las resistencias mecánicas.

Figura 11.- Velocidad de liberación de calor de un cemento Portland [30].


El C3A y C4AF compiten por los iones sulfato, pero por ser el aluminato

tricálcico más reactivo, reacciona más rápido y tiende a fijar más iones sulfato que el

C4AF. Sin embargo, este efecto incrementa la reactividad del C4AF, el cual también fija

los iones sulfato y en consecuencia se forma menos ettringita de la esperada. Además,

el yeso incrementa la velocidad de hidratación de los silicatos de calcio, que también

compiten por los iones sulfato durante la hidratación; aparentemente, el gel CSH

incorpora en su estructura, cantidades significativas de sulfatos y además de hierro y de

aluminio. De un modo estimado, la cantidad de sulfoaluminatos formados en una pasta

de cemento Portland, puede ser menor a la mitad de la calculada teóricamente a partir

de los compuestos puros de cemento Portland. Un contenido elevado de yeso

contribuye a la formación de grandes cantidades de ettringita, lo cual después de haber

endurecido la pasta, y debido a los cambios de volumen que acompañan a su reacción

de formación, produce expansión y fisuración de la microestructura. Mientras que un

bajo contenido de yeso, permite a la disolución sólida de monosulfoalumintato,

formarse antes de finalizar la etapa 2 de hidratación del C3S. Por este motivo la fijación

de Portlandita, impide la nucleación de los productos de hidratación del C3S retardando

la etapa 3. Y todo ello conduce en definitiva, a asegurar la existencia de un contenido

óptimo de yeso [12, 30].

Haciendo un aporte al tema, Usherov-Marshak [33], emplearon la técnica de

calorimetría de conducción para conocer la termocinética de la hidratación de las fases

constituyentes del cemento Portland, y en especial, la atenuación que producen en la

velocidad de liberación de calor la incorporación de CaO, Fe2O3 y Al2O3, al C3S. Obtuvo

que la incorporación de CaO reduce la intensidad del primer máximo y retarda la

aparición del segundo; el Fe2O3 reduce la intensidad del primer máximo.

Ushiyama, Shigetomi e Inoue [34], analizaron el grado de hidratación, la

cantidad de hidróxido de calcio generado y el agua combinada, de muestras de alita y

de dos tipos de belita, con porcentajes de SO3 variables de 0 a 7, a las edades de 1, 3, 7,

14, 28 y 91 días. Obtuvieron que de 1 a 3% de SO3 incorporadas en la alita producen

aceleración de la hidratación de la misma, y que porcentajes mayores mantienen los

valores alcanzados o los disminuyen. Para uno de los tipos de belita, valores de 1 a 7%

de SO3, mejoran la hidratación de la misma; para el otro de los tipos de belita, sólo

mejoran la hidratación de la misma; para el otro de los tipos de belita, sólo mejoran la

hidratación de 1 a 2% de SO3, ya que porcentajes mayores mantienen los valores

alcanzados.


1.3.- Interacción entre las fases hidratadas del cemento y las

adiciones puzolánicas.

1.3.1. Naturaleza de la interacción

La interacción que puede ocurrir entre una adición puzolánica, y un cemento

Portland, es de naturaleza química y física principalmente. La reacción puzolánica en

sí, debe ser tipificada como una reacción tipo ácido-base sólido-líquido. En la que la

“fase sólida” que posee carácter “ácido”, lo constituiría cada puzolana que se considere,

aunque dicho carácter ácido lo poseen en mayor o menor medida, de aquí

precisamente, la variada actividad puzolánica que les es propia, las caracteriza y

diferencia entre si; mientras que la “fase líquida” la constituye la portlandita disuelta en

el agua de hidratación, que posee carácter “básico” y que es liberada como consecuencia

de la hidratación de las fracciones clinker Portland con las que se mezclan en cada caso,

junto con los correspondientes cationes alcalinos Na+ y K+ [17, 35].

La interacción química consiste en síntesis, en las reacciones químicas

expresadas {1, 2} que ocurren entre las adiciones puzolánicas y la portlandita liberada

por las reacciones de hidratación del cemento Portland.

En cambio la acción física, consiste principalmente en el efecto de cristales de

siembra o cristales semilla, que ejercen las partículas de la adición, siendo

principalmente las fracciones cristalinas de las mismas que actúan como centros de

nucleación, y en consecuencia, aceleran indirectamente, la hidratación de los silicatos

de calcio del cemento Portland aún anhidros, provocando un aumento de la producción

de CH [21].

A continuación, se expondrán algunas investigaciones realizadas con la

finalidad de evaluar la interacción entre el cemento Portland y las adiciones

puzolánicas. Estas investigaciones son las que se recogen de aquí en adelante.

Luxán [36], realizó un estudio comparativo sobre tres puzolanas naturales,

evaluando sus espectros de absorción infrarroja antes y después de diferentes

tratamientos: con ácido salicílico en medio metanólico, del residuo del ataque ácido-

base y posterior calcinación a 1000 °C y del residuo por por pérdida al fuego. Con

respecto al tratamiento con el ácido salicílico en medio metanólico, observó sólo

pequeños reajustes en la estructura, perdiéndose las uniones más débiles -tetraedros de


sílice con tetraedros de aluminio- originando mayor proporción de grupos aislados de

SiO4 y AlO4. El efecto del tratamiento del residuo insoluble al ataque ácido-base y

posterior calcinación a 1000 °C fue que debido a que el ataque destruye los silicatos y la

mayor parte de las sustancias activas y después de la calcinación se obtuvo un

reordenamiento de la estructura quedando por consiguiente, más cristalina.

Finalmente, el tratamiento de la pérdida al fuego, se detectó porque se pierde el estado

amorfo y los reajustes en la estructura permitieron alcanzar una mayor ordenación.

Takemoto y Uchikawa [37], han realizado un análisis de la cinética de la

hidratación de las puzolanas con cal, valorando la cantidad de cal que fue reaccionado

en las pastas, elaboradas con distintas relaciones cal-puzolana, y a temperaturas

variables de 20, 40 y 60 °C. Obtuvieron que la reactividad de la puzolana, aumentó con

la temperatura, con la relación cal-puzolana, y obviamente con el tiempo; si bien cabe

decir en este momento, que el agotamiento de la cal se produjo antes en las pastas de

menor relación cal-puzolana, y también antes, en las que se expusieron a mayores

temperaturas, lo cual era lógico. El mecanismo de reacción que sugirieron fue el

siguiente: después de mezclar el material seco con el agua, ésta se satura de CH,

elevándose el pH de la fase líquida a 12,7. Los granos de puzolana resultan atacados

protónicamente por el agua, en una disolución muy cáustica, disociándose el grupo

SiOH-3 sobre la superficie de los granos en: SiO4-4 y H+; en consecuencia, los granos

quedan cargados negativamente, con lo cual y por propia repulsión electrostática,

aumenta el espacio que los separa, favoreciendo la adsorción del Ca2+, presente

también en la fase acuosa, sobre la superficie de los mismos por fuerzas de naturaleza

electrostáticas, y con ello, los álcalis de la puzolana se disuelven en la fase líquida. Al

desaparecer los álcalis por su mayor solubilidad en agua, queda sobre la superficie de

los granos de puzolana, una capa fina, amorfa, rica en silicio y aluminio. Según dichos

autores, los SiO4- y AlO2

-, -refiriéndose a lo que en esta investigación se ha denominado

“sílice reactiva” = SiO2r- “alúmina reactiva” = Al2O3

r-, respectivamente- comienzan a

disolverse gradualmente y a combinarse con Ca2+, aumentando el espesor de la capa;

luego, por diferencias de concentraciones entre el interior y exterior de la capa y por

presión osmótica, la capa se rompe exponiendo una nueva superficie del grano y en el

proceso continúa. También analizaron estudios realizados sobre el sistema puzolana-

C3S, en los cuales hallaron que la sílice amorfa, aceleró la velocidad de hidratación del

C3S. Observaron la disminución de la concentración del ión calcio y de los hidróxidos

de la fase líquida, después de algunos minutos, con la consecuente formación de gel

CSH sobre la superficie del C3S, lo cual mostró la aceleración de la hidratación del C3S.

En otro caso hallaron que la incorporación de sílice amorfa aceleró la hidratación de la


alita, y también el consumo de SO42- para formar ettringita. Como la concentración de

calcio era baja, la ettringita cristalizó en general fuera de las partículas de C3A.

En otros de sus estudios encontraron que otras adiciones como las cenizas

volantes aceleraron la hidratación del C3S y también la del C3A. Posteriormente, en otro

estudio, siguieron por calorimetría de conducción las mezclas 60/40 de C3S/puzolanas,

y hallaron que durante las primeras horas, las puzolanas y ceniza volante aceleraban la

hidratación del C3S, y observaron además, que las que más la aceleraban eran las que

contenían mayor cantidad de ópalo y alofana (mineral amorfo de composición

semejante a la caolinita). La aceleración de la hidratación del C3S por presencia de la

puzolana ocurrió más bien durante el período de inducción, en el cual la puzolana

estimuló la disolución de C3S por adsorción de los iones Ca2+, según el esquema

presentado.

Uchikawa [38], por su parte, analizó estudios realizados sobre el sistema

puzolana-C3A, a través del sistema cuarzo-C3A-yeso-agua, seguidos por calorimetría de

conducción y con identificación de las fases por difracción de rayos X. En dichos

estudios halló cuatro etapas singulares en la hidratación; la primera, que corresponde a

la formación de ettringita, la segunda, al final de la absorción de yeso, la tercera, a la

formación parcial de AFm, y la cuarta, a la formación de AFm coexistiendo con la AFt.

Expresando que el cuarzo impidió a la ettringita depositarse sobre las partículas de C3A,

con el yeso que le acompañaba, y que sobre la superficie de los granos de C3A se

formaba una capa de Al(OH)3 que atraía al Ca2+ y que en presencia de una disolución

alcalina, se formaba Ca(OH)2 por reemplazo del Al por OH- en la superficie del C3A.

Citó otro estudio, del sistema C3A-yeso-Ca(OH)2-puzolana, en el que se ha seguido la

hidratación del sistema, también por calorimetría de conducción y en el que se ha

encontrado que la hidratación de C3A en presencia de puzolana, se retrasó y que ello

pudo deberse, a que las partículas de puzolana se absorbieron sobre las de C3A.

Además, hizo el seguimiento por calorimetría de conducción, del sistema

puzolana-C3A-yeso-cal, con cinco puzolanas distintas y una ceniza volante. Halló que en

ausencia de cal, durante la hidratación del C3A, los procesos de formación de ettringita

y la conversión de ettringita a monosulfoaluminato son acelerados por la incorporación

de puzolana, principalmente por puzolanas con altos contenidos de alofana -mineral

amorfo de composición semejante a la caolinita-, vidrios volcánicos y ópalo. Los

procesos de formación de ettringita y de transformación de ettringita a

monosulfoaluminato, resultaron retardados por la adición de cal, lo cual era lo lógico.


Así supuso que la aceleración de la hidratación del C3A por la adición de

puzolana se debió a la adsorción de los iones Ca2+ sobre la superficie de la puzolana;

luego como la hidratación del C3A se aceleraba, el yeso se fijaba o captaba más

rápidamente, con lo que de paso se aceleraba la conversión de etringita a

monosulfoaluminato. En el sistema AP - CP, realizó el seguimiento de cinco puzolanas

distintas y una ceniza volante en proporciones 4/6 y los siguió por calorimetría de

conducción obteniendo las respectivas curvas, sin hacer más comentarios.

Mehta [39], a partir de una revisión bibliográfica sobre la incorporación de las

adiciones minerales a los cementos, estableció que no todos los materiales silíceos y

aluminosos son puzolánicos. Dado que existen minerales cristalinos silíceos, como el

cuarzo, aluminosos como el corindón y aluminosilicatos como la sillimanita y la

mullita, que no reaccionan con cal a temperatura ambiente. Solamente cuando los

minerales silíceos y aluminosos se presentan en forma de pequeñas partículas no

cristalinas, pueden hidratarse lentamente en disoluciones alcalinas, como la que

proviene de la hidratación del cemento. La reacción puzolánica, como otras reacciones

químicas, es acelerada por la temperatura y por la incorporación de aditivos químicos

acelerantes tales como los álcalis y los sulfatos.

Mullick, Babu y Bhaskara Rao [40], realizaron estudios para verificar la

actividad puzolánica de adiciones, con cal y con cemento. Hallaron que un gran número

de ellas, cumplían ambos requisitos simultáneamente, pero también hallaron un gran

número de adiciones que sólo verificaban la actividad puzolánica con cal pero no con

cemento y viceversa.

Sánchez de Rojas, Luxán, Frías y García [41], elaboraron morteros de cemento

Portland puro y con incorporación de varias adiciones: puzolana natural, toba

volcánica, tierra diatomea, roca opalina, ceniza volante, ceniza de cáscara de arroz y

piedra caliza molida. Los porcentajes de reemplazo fueron 0, 20, 30, 50, 60 y 70. A los

morteros elaborados les midieron la evolución del calor de hidratación por el método

del calorímetro de Langavant durante las primeras 120 horas. Los resultados

mostraron que todas las adiciones atenuaban el calor de hidratación liberado y más

cuando aumentaba la proporción en que se hallaban presente en cada mortero.

Shannag y Yeginobali [42], elaboraron pastas, morteros y hormigones con

cemento Portland ordinario puro y con reemplazos de 15, 25 y 35 % de dos puzolanas


naturales de muy diferente finura. Los resultados obtenidos de los ensayos efectuados

revelaron que la puzolana más fina tuvo una mayor actividad puzolánica, como era lo

lógico; que la incorporación de puzolanas disminuyó la trabajabilidad, aumentó los

tiempos de fraguado, disminuyó el calor de hidratación y disminuyeron las resistencias

a las primeras edades.

Zhang, Wang y Tang [43], estudiaron el rol de las adiciones puzolánicas desde el

punto de vista de su efecto como material de relleno. De este estudio se desprendió que

la cantidad de agua necesaria para rellenar los huecos sería menor que la que el

cemento necesite cuando no tenga incorporada una adición, sin embargo por otro lado,

la cantidad de agua aumentaría porque se habría necesitado humedecer mayor

cantidad de partículas. Por todo lo anterior, recomiendan el uso simultáneo de

adiciones con aditivos superplastificantes, disminuyendo de esta manera la porosidad y

contribuyendo a la resistencia.

Liebig y Althus [44], trabajaron con dos puzolanas de origen volcánico

calcinándolas a 500 y a 800 °C, y con ellas elaboraron morteros de cal-puzolana para

evaluar la resistencia a compresión y también la cantidad de Ca combinado y la de Al.

Paralelamente hicieron el seguimiento de la cantidad de Ca y de Al combinados, a

algunos de los minerales constitutivos de dichas adiciones puzolánicas y también

tratados térmicamente a 500 y 800 °C. La conclusión que obtuvieron fue que la

activación térmica para las puzolanas no siempre provoca un aumento de la actividad

puzolánica, que depende más bien del tipo de minerales que contiene y si los mismos

son susceptibles o no, a la activación térmica.

Talero [35, 45-48], mediante amplios estudios en los que evaluó la

puzolanicidad de 8 adiciones puzolánicas, mediante el ensayo de Frattini, estableció la

“capacidad de cambio” que algunas puzolanas pueden manifestar en relación a sus

contenidos de óxidos alcalinos, tales como Na2O y K2O, de modo que se disminuyen los

contenidos de iones Ca2+ en la fase líquida por un proceso de intercambio iónico,

enriqueciéndose por tanto con dichos iones alcalinos. A lo que concluyó que dicho

ensayo no podría considerarse en exclusiva determinante, y ni mucho menos

concluyente para poder considerar estos materiales como puzolánicos.


Figura 12.- Esquema de hidratación del C3S en presencia de puzolana


Figura 13.- Esquema de hidratación del C3A en presencia de puzolana


Rahhal, Talero y otros [22, 49-55] mediante estudios de calorimetría de

conducción, ensayo de Frattini, difracción de Rayos X y otras técnicas, observaron

como cuando una adición cristalina o puzolánica de cualquier carácter, se incorpora a

un cemento Portland, se produce un efecto de dilución física, y simultáneamente, una

estimulación de su hidratación inicial fruto del agua de amasado que humectó

inicialmente cada partícula esférica, o no, de puzolana merced a su capacidad de

adsorción de humedad, lo que causa que la fracción de cemento Portland con la que se

haya mezclado se encuentre finalmente más hidratada en presencia de una adición que

sin ella. Este fenómeno lo denominaron “estimulación de la hidratación por vía

directa”, y lo explicaron diciendo que era debido a que el efecto de adsorción de

humedad y dilución física hace que un mayor número de granos de partículas de la

fracción cemento Portland con la que se hayan mezclado, se hidraten además con el

agua de amasado que humectó inicialmente a las partículas de puzolana. Por otra parte,

cuando la que se incorpora al cemento es únicamente puzolánica, la estimulación de la

hidratación se puede ver además coadyuvada por la actividad puzolánica de la misma

hasta el punto, de poder llegar a enmascarar la primera. Este otro tipo de estimulación

de la hidratación la denominaron “estimulación de la hidratación por vía indirecta”.

Los casos más representativos de este fenómeno se obtuvieron con el humo de sílice, el

metacaolín y la puzolana natural de Canarias. Además, en ciertos casos la estimulación

de la hidratación resultante puede ser de tal magnitud que puede hacerse equiparable a

la de una acción sinérgica calorífica lo que invalida al correspondiente cemento de

mezcla para determinados usos constructivos -presas, pavimentos rígidos,

prefabricación, etc.-, pues el hormigón que con el se prepare puede llegar a sufrir

notables fisuraciones por retracción térmica debido al elevado calor de hidratación que

se produce. Finalmente, se resumen en la Tabla 10 los factores que afectan a la

reactividad de la adición puzolánica con el cemento Portland.

Tabla 10.- Factores que afectan a la reactividad de las adiciones puzolánicas y el cemento Portland

Variable Variación de la variable Variación de la reactividad

Curado hídrico ↑ ↑

Temperatura ↑ ↑

Tiempo ↑ ↑

Finura de la adición ↑ ↑

Tiempos de fraguado ↑ ↓

Relación conglomerante-adición ↑ ↑

Relación agua-sólido ↑ ↑


1.3.3.- Formas de evaluar la interacción de las adiciones

puzolánicas con el cemento Portland

Es verdaderamente difícil imaginar un único método que con carácter general

permita llevar a cabo una estimación del “carácter” de la puzolana que se analiza y de

su actividad puzolánica en condiciones comparables en todos los casos y para los

diversos tipos de puzolanas. En primer lugar, porque la puzolanicidad puede deberse a

diferentes causas o, en todo caso, estar más decisivamente influida por unas u otras de

dichas causas, a veces muy distintas entre sí. En segundo lugar, porque son muy

diversas las formas en que puede manifestarse prácticamente el fenómeno puzolánico

y, en consecuencia, son también muy variadas las finalidades y aplicaciones que se

desea lograr de la acción puzolánica. En tercer lugar, porque a veces interesa imponer a

los métodos condiciones difíciles o imposibles de conseguir: valor práctico, rapidez de

respuesta, etc., y porque otras veces, aunque se consiga, no existe una aceptable

correlación entre los resultados del método o ensayo propuesto y la realidad práctica

[19].

La variabilidad cuantitativa y en cuanto a orden de resultados de los cementos

puzolánicos en función de la puzolana, del clinker, de la proporción de ambos, de la

relación agua-cemento, etc., es causa de que las condiciones óptimas en un caso no lo

sean en los demás, por lo cual la evaluación de las puzolanas no tiene sentido si no es

en las exactas condiciones de uso práctico, las cuales no se suelen conocer ni con

mediana precisión en la realidad [19].

Sin embargo, a falta de un método de aplicación general para la evaluación de

las puzolanas, existen desde antiguo otros métodos de ensayo con validez limitada y,

por consiguiente, con campos de aplicación restringidos, para determinar la actividad

hidraúlica de las puzolanas como tales. Unos son cualitativos y otros cuantitativos,

unos químicos y otros físicos o tecnológicos; los hay incluso de carácter mixto [19]. La

inclusión de las adiciones puzolánicas al cemento Portland, tiene un efecto que se

manifiesta de distintas formas según el tiempo que haya transcurrido desde su

hidratación. La vigente Instrucción española para la Recepción de Cementos, RC-03,

establece formas de estimarlo, como son:

Por medio de su reactividad a través del ensayo de puzolanicidad a 8 y/o 15 días

[24], -antes 7 y/o 28 días [56-58]- si lo que se trata de fabricar es un cemento

puzolánico. En cambio, en el caso de que se utilice directamente para fabricar


hormigones y morteros mediante el índice de actividad resistente a los 28 y/o 90 días.

También, se puede conocer si una adición contribuirá o no, a menguar el calor de

hidratación, mediante la medición del calor liberado por el calorímetro de Langavant a

la edad de cinco días [59].

Asimismo, se puede conocer también, su influencia sobre las resistencias

mecánicas mediante los ensayos de resistencia mecánica a flexotracción y compresión

de las correspondientes probetas de mortero normalizado de cementos, siendo las

edades más características de 2, 7 y/o 28 días [25]. También pueden realizárse sobre la

mezcla cal-puzolana en morteros normalizados y curados a 40 °C durante 3 días [60].

El análisis bibliográfico muestra además el uso de otras técnicas, como calorimetría de

conducción, conducción eléctrica de disoluciones, medición del contenido de cal de

disoluciones, difracción de rayos X, etc.

Por último, se debe citar a este respecto que debido a la complejidad de las

reacciones que producen la hidratación del cemento y la propia reacción puzolánica,

junto a la gran diversidad, tanto en la composición química como en las características

físicas, de materiales que pueden ser considerados como adiciones puzolánicas, y las

múltiples consecuencias, de carácter positivo o negativo, sobre la durabilidad, hacen

que hasta hoy ninguno de los sistemas de clasificación y evaluación de estos materiales

haya sido satisfactorio salvo el de su clasificación en función de su carácter silícico o

alumínico, o mezcla de ambos caracteres en diferente grado. Ello se pone de manifiesto

cuando se evalúa el comportamiento de los cementos de mezcla del material que se

considere adición puzolánica frente al ataque por separado de sulfatos [17] y cloruros

[20], y frente al calor de hidratación [22], que adicionalmente sirve para identificar la

estimulación de la hidratación por “vía directa” y por “vía indirecta”. Todo ello unido a

un posible método para la determinación de la alúmina reactiva, Al2O3r- que se

encuentra en vías de su puesta a punto [61], igual que ya lo está y es norma [62] para la

sílice reactiva, SiO2r-, supondrá la respuesta definitiva a los métodos de evaluación del

comportamiento puzolánico previsible en resistencias mecánicas y frente al ataque de

un medio agresivo o no determinado, y su clasificación de acuerdo con su mayor o

menor carácter silícico o alumínico.

2.- OBJETIVOS

2.- Objetivos | 55

El objetivo principal del presente trabajo de investigación ha sido evaluar la

viabilidad de uso de diferentes rocas volcánicas colombianas como adición puzolánica

natural al cemento Portland, y en definitiva, determinar su aceptación o rechazo para

preparar hormigones, morteros y pastas de cemento, así como también las posibles

causas que lo justifique.

A tal efecto, debe hacerse también mención especial de que en el supuesto posible

que todas las rocas volcánicas colombianas que van a ser analizadas y estudiadas, o sólo

alguna(s), pueda(n) adscribírsele el calificativo de puzolana(s) natural(es), con las

consecuencias beneficiosas al caso para el tema que nos ocupa, en ningún momento se

establece como objetivo de este estudio, la durabilidad de las pastas, morteros y

hormigones, que con estas posibles puzolanas naturales se pudieran preparar, ya que este

otro objetivo tiene entidad propia y suficiente para ser motivo de una Tesis Doctoral lo que

sobrepasa los límites del presente trabajo de investigación.

3.- FUNDAMENTOS PRÁCTICOS

3.- Fundamentos prácticos | 59

Con el fin de alcanzar los objetivos expuestos, se llevó a cabo una

caracterización completa de las muestras, propia de la generalidad de rocas, y en

particular de aquellas volcánicas, así como la evaluación de su comportamiento como

adición al cemento, de manera que se consideraran, de este modo, todas aquellas

características fundamentales que pueden incidir directa o indirectamente, en la actividad

puzolánica que presenten en su caso.

A continuación, se exponen aquellos ensayos que se van a realizar para la

caracterización de las muestras desde el punto de vista petrográfico y mineralógico. De

aquí que en un principio se le determinen sus características petrográficas, lo que

comprende la determinación de su composición mineralógica, así como sus características

texturales. En cuanto a la composición mineralógica y cristalográfica, las variables a

determinar serían su contenido de cuarzo y minerales ferromagnesianos y contenido de

feldespatos alcalinos, y para sus características texturales, la existencia de cierto contenido

vítreo, su tipo y estado del mismo, el tamaño de cristales y de grano, y su grado de

cristalinidad, y porosidad. Para ello, una vez realizada la separación y clasificación de las

seis muestras, se analizarán por:

− Microscopía petrográfica,

− Difracción de Rayos X, y

− Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, FTIR.


Por otra parte, de los ensayos que les son propios para evaluar su validez o no

como adición puzolánica al cemento Portland, se les determinarán las propiedades físico-

químicas más importantes de estos materiales. Para ello ha sido necesario realizar antes la

molienda de las muestras, de modo que de paso se evaluará su comportamiento en este

proceso de molienda previo, su finura de molido [63], distribución del tamaño de

partículas mediante granulometría Láser, su densidad real [64], su análisis químico [65] y

su contenido de sílice reactiva -SiO2r-- [62].

Por último, para la determinación del grado de interacción del cemento Portland

con cada una de las rocas debido a la reacción puzolánica que en su caso se produjese, se

elaborarán cementos de mezcla de cada una de las muestras con un cemento Portland de

referencia, a los que se les realizará la determinación de los parámetros físico-químicos, y

de resistencias mecánicas que les son propios [23], consistente en realizar una serie de

análisis y ensayos sobre las pastas de cemento de mezcla preparados con el cemento de

Portland de referencia y cada una de las seis muestras, así como, sobre sus

correspondientes morteros normalizados. Estos análisis y ensayos serán los siguientes, a

saber:

− análisis físicos en pasta: determinación de la cantidad de agua de consistencia

normal, tiempos de fraguado y estabilidad de volumen, mediante las Agujas de Le

Chatelier [66]

− análisis químicos en pasta: ensayo de puzolanicidad o ensayo de Frattini [24].

− ensayos en motero normalizado: demanda de agua relativa [67], resistencias

mecánicas a compresión [25] e índice de actividad resistente [67].

4.- MATERIALES Y METODOLOGÍA. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.- Materiales y métodos. Procedimiento experimental | 63

4.1.- Extracción, clasificación y denominación de las muestras

El yacimiento del que se obtuvieron las rocas volcánicas, se encuentra en Payandé,

Colombia, siendo sus características vulcanológicas, de acuerdo a lo expuesto en el

apartado 1.1.6.2 de este trabajo de investigación, las de volcanes de zonas de compresión,

originados en la zona de subducción de dos placas tectónicas, más concretamente la de la

placa oceánica de Nazca con la placa mixta Sudamericana.

Las muestras objeto de este estudio de investigación, como se puede ver,

pertenecen al mismo yacimiento, más concretamente a un estrato perfectamente

identificable del mismo, cuyo espesor oscila entre 5 y 15 metros a lo largo del mism0 en el

que se observaban claramente dos zonas.

A continuación, debido a que en los procesos de formación de estas rocas se

produce un enfriamiento diferencial en función de la profundidad en la colada del magma,

existe diferente distribución mineralógica, tanto en el número y tamaño de los cristales

que en éste se generan como en su composición mineralógica, y además, que debido a que

los procesos de alteración posteriores a su origen afectan en diferente grado a cada roca

volcánica en función de su textura, se consideró oportuno realizar “in situ” la separación

de las citadas zonas y posterior clasificación granulométrica de las mismas. Se

seleccionaron puntos en diferentes partes del yacimiento, donde una vez identificadas y


separadas, se les realizó la clasificación por tamaño de partícula, para lo que se emplearon

para ello dos tamices de acuerdo a la norma ASTM E 11-70 [68] de distinta luz de malla: el

tamiz de 4,76 mm -nº 4- y el tamiz de 1,18 mm -nº 16-. Por tanto, se obtuvieron tres

fracciones granulométricas diferentes de cada zona, lo que da por resultado un total de

seis muestras a analizar y estudiar.

Para denominar cada una de las muestras, se atendió al aspecto que presentaba su

yacimiento, de este modo las muestras denominadas con la letra P, eran las procedentes

de la zona de aspecto pumítico -por similitud con la pumita-, por el contrario, se

denominaron con la letra M, las procedentes de la zona denominada“matriz”. Finalmente

y para diferenciarlas entre si, se les designó a continuación de la letra de la zona mediante

un número cardinal representativo del tamaño de partícula de cada una, de este modo, el

número 1, se asignó a las fracciones superiores a 4,76 mm, el número 2, para las fracciones

comprendidas entre 4,76 mm y 1,19 mm, y por último, el número 3 para las fracciones

menores de 1,19 mm. En la siguiente figura se muestra un gráfico a modo de resumen.

Figura 14.- Extracción, clasificación y denominación de las muestras

4.2.- Análisis petrográfico por lámina delgada

4.2.1.- Microscopía petrógráfica

El microscopio petrográfico es el instrumento más empleado para estudiar las

propiedades ópticas de los minerales, para identificarlos, y para obtener información

acerca de los procesos formadores de rocas. Frente a los microscopios ópticos

convencionales, este microscopio incorpora una serie de elementos destinados al

PUMITA

MATRIZ 5 – 15 m

# 4,76 mm

COLOMBIA

Yacimiento # 1,19 mm

P1

M1

P2 P3

M2 M3


estudio de las propiedades ópticas convencionales, así como al estudio de las

propiedades ópticas de los minerales integrantes de las rocas.

Para la observación de los minerales y rocas al microscopio polarizante se

preparan láminas delgadas del mineral o roca a estudiar, del orden de 0,03 mm de

espesor, lo que hace que la mayor parte de los minerales sean transparentes o

translúcidos, lo que permite estudiar sus propiedades ópticas e identificarlos [26, 69].

El tamaño de la muestra a utilizar para preparar una lámina delgada debe ser

aquel que asegure la mayor homogeneidad posible, en función del tamaño de grano de

la roca a estudiar, de forma que el volumen de la sub-muestra utilizada sea lo más

representativa posible del conjunto total. A este respecto, se debe recordar que una

roca, aparentemente homogénea, puede presentar notables variaciones texturales y

estructurales que pueden pasar desapercibidas en el examen de un fragmento pequeño.

Las dimensiones habituales suelen ser de 2x3 cm aunque, obviamente, pueden

emplearse fragmentos menores e incluso partículas embutidas en resina para su pulido

y manipulación [26, 28, 69].

4.2.2.- Preparación de láminas delgadas

Las muestras pétreas requieren una preparación especial para hacerlas

transparentes a la luz y posibilitar su examen mediante el microscopio petrográfico. La

sección a estudiar debe poseer un espesor del orden de 30 µm, para el cual se tiene que

la mayor parte de los minerales son transparentes o translúcidos a la luz. A

continuación, se comenta el método y materiales empleados en este trabajo de

investigación.

A partir de los ejemplares más significativos de cada muestra, se procedió a su

lavado con agua destilada para eliminar las fracciones más finas que hubieran podido

quedar adheridas o no y conseguir de esta manera aislar los granos. A continuación y tras

24 horas de secado, las muestras se cuartearon hasta alcanzar la cantidad necesaria para

la preparación de la lámina delgada. Seguidamente la lámina delgada con los granos

seleccionados se preparó según los siguientes procedimientos:

− Inclusión o embutido de la muestra en bloque de resina. Se empleó una resina

epoxi de baja viscosidad, para impregnación en frío. La muestra se introdujo en un

molde de silicona donde se cubrió con la mezcla del iniciador de polimerización y


la resina epoxi líquida. Seguidamente se aplicó vacío. Tanto la resina como el

iniciador utilizado fueron EpofixHQ .

− Corte. Una vez endurecido el bloque de resina -tras 24 horas- se procedió al corte

mediante un disco de diamante a baja velocidad y carga. El disco diamantado

utilizado fue de 76 micras.

− Desbastado previo al pegado. Una de las superficies del bloque fue desbastada

mediante carborundo (SiC) de diferente tamaño de grano. El pulido fue

automático sucediéndose los papeles de carborundo según los números 400, 600

y 800. Estos papeles equivalen a un diámetro de partícula de carborundo de 17, 9 y

6,5 µm, respectivamente.

− Pegado de la muestra. Seguidamente la cara desbastada se pegó al portamuestras

esmerilado mediante una resina termoplástica -bálsamo de Canadá-.

− Corte y desbastado final. Se corta de nuevo con el disco diamantado hasta un

espesor próximo a 0,5 mm. Seguidamente se acopla a un tornillo micrométrico de

avance, con el que se acerca la muestra de modo gradual a la muela de vaso

diamantado -70 µm de diámetro de las partículas de diamante- hasta un grosor

aproximado entre 50 y 80 µm.

− Pulido final. Se suceden diferentes pulimentos de pasta de diamante de tamaños

6, 3 y 1 µm.

Por último, de los métodos de tinción existentes se seleccionó uno que falicitase la

identificación de los feldespatos potásicos y las plagioclasas. De este modo, se procedió al

teñido de las muestras mediante la aplicación de una película superficial de cobaltinitrito

sódico durante 15 minutos. Así, los escasos feldespatos potásicos quedaron teñidos de

color amarillento, la plagioclasa quedó sin teñir.

4.3.- Molienda de las muestras. Evaluación de la molturabilidad

Las muestras debieron ser molidas para su incorporación como adición

puzolánica al cemento.

El molino empleado fue un molino planetario de acero. Los elementos móviles

son dos anillos concéntricos en los que se encuentra un cilindro sólido móvil en su

posición central. La muestra se introduce repartida entre el espacio libre entre estos

elementos y el movimiento que produce en funcionamiento hace que mediante la

combinación del choque, presión y rozamiento, el tamaño de las partículas se reduzca

progresivamente. La cantidad de cada una de las muestras que se introdujo en el


molino fue de 250 gramos, lo que constituye además la máxima cantidad recomendada

de trabajo para este equipo. Se trató de un molino Stephan Werke Hameln Tipo

DFD416H.

Al mismo tiempo que se efectuó la molienda, se realizó el control de la finura de

molido con respecto al tiempo de molienda. Para ello se empleó la técnica de tamizado

en húmedo según el procedimiento objeto de la norma UNE 80108-88 [63],

empleándose los tamices de ensayo de 45 µm y 90 µm, de luz de malla fabricados según la

norma ISO 3310-1:1990 [70] o de los números 325 y 175 de su correspondiente

ASTM E 11-70 [68], con el fin de que las seis muestras proporcionarán valores del residuo

similares en cada tamiz, seleccionándose los valores de residuo en el tamiz del 18,0% y el

10% respectivamente. La razón que los justifica es por similitud a la finura de molido del

cemento Portland, y a la de las adiciones puzolánicas en sí, para lo que se atendió a la

norma ASTM C 595-95 [71].

4.4.- Análisis granulométrico mediante Espectroscopia de Difracción

de Rayos Láser.

Se empleó esta otra técnica analítica para obtener la distribución de tamaño de

partícula de las adiciones puzolánicas molidas. Esta técnica aporta valiosa información

acerca de dicha distribución pudiéndose en muchos casos diferenciar además partículas

que aún siendo de la misma muestra, están constituidas por diferente material o

textura, lo que hace que si sus propiedades de dureza y exfoliación, principalmente, son

lo suficientemente diferentes no se comporten igual en los procesos de molienda. Por

ello, por tratarse los materiales de esta investigación de rocas volcánicas en las cabe

esperar dos tipos diferentes de textura, la vítrea y la cristalina, como ya se ha

comentado antes, se optó por el uso de esta técnica para completar los resultados

aportados de los valores de residuo mediante la técnica de tamizado húmedo, y obtener

así una perfecta caracterización de su comportamiento ante este proceso de molienda,

que por otra parte son fundamentales en la economía de proceso de la industria del

cemento.

El equipo utilizado fue un Sympatec Helos, con una longitud focal de 100 mm,

un tiempo de medida de 15 segundos y utilizando alcohol isopropílico como medio de

dispersión y suspensión.


4.5.- Análisis por difracción de Rayos X

4.5.1.- Antecedentes en el estudio de las adiciones puzolánicas

En primer lugar, en relación a la aplicación de esta técnica a la caracterización

de adiciones puzolánicas se debe mencionar, que si bien sólo permite analizar y

estudiar componentes cristalinos, por cuyo motivo no están especialmente indicados

para las adiciones puzolánicas [13], las aportaciones a este respecto de Diamond [14],

Mehta [15] y Talero [16], han podido ayudar a caracterizarlas y sobre todo,

diferenciarlas de otras como las cenizas volantes. En base a:

− las fracciones cristalinas, que en el caso de las puzolanas naturales, suelen ser

mayoritariamente: augita, cuarzo β, forsterita ferroan, diópsido, sanidina,

hornblenda, hedenbergita magnésica, enstatita, phillipsita, andesita, orthoclasa,

albita, anortita, gismondina, biotita, entre otras, mientras que en el caso de las

cenizas volantes, suelen ser principalmente: mullita, hematite, magnetita,

maghemita, sillimanita, cuarzo, y

− a las propias fracciones vítreas, las cuales según sea natural (puzolanas

naturales, tierra de diatomeas, ópalo, etc.) o artificial (cenizas volantes, arcillas

activadas, humo de sílice, cenizas de paja y cáscara de arroz, cenizas de bagazo,

etc.), la adición puzolánica que así se analice, presenta o no, una banda difusa

en su gráfica de DRX, la cual en el caso de las primeras o puzolanas naturales,

no suele presentarla [19]; y sí en cambio, apreciables y variadas fracciones

cristalinas, de las citadas anteriormente.

Metha [15], localizó la banda difusa que presentan los difractogramas de las

cenizas volantes: las de bajo contenido de CaO, las presentan a 2θ entre 21 y 25°; y las

de alto contenido de CaO, a 2θ entre 30 y 34°.

Talero [16], realizó un análisis de la banda amorfa que presentan los

difractogramas de las adiciones puzolánicas estableciendo algunas características

acerca de su comportamiento. Obtuvo que las cenizas volantes alumínico-silícicas,

presentaban una banda en la zona 2θ de 18° a 28°, las cenizas volantes calcáreas o

sulfa-cálcicas, la presentaban en la zona de 2θ de 30° a 35°. En cambio, las puzolanas

alumínicas entre 15° y 35°, algunas puzolanas naturales no presentaban una zona

común entre ellas, y por último, las puzolanas silícicas entre 20° y 25°. Las escorias


vítreas por su parte presentaron la banda en la zona comprendida entre 20° y 35°,

manteniéndose dicho rango después de cristalizadas.

4.5.2.- Análisis por difracción de Rayos X en este estudio.

En el presente estudio, el análisis por difracción de Rayos X que se presenta es

únicamente cualitativo, si bien, junto a los procedimientos utilizados por los autores

mencionados anteriormente, se ha realizado la “evaluación cuantitativa del fondo”

como se verá a continuación.

Se prepararon pastillas en polvo por presión a partir de cada una de las

muestras molidas. El análisis por DRX de cada una de las pastillas se realizó mediante un

equipo automático Philips Modelo PW 1730, con monocromador de grafito, con ánodo de

Cu, siendo la longitud de onda K1 del Cu = 1,54056, la K2 = 1,54439, con relación de

(K1/K2) = 0,50, además el tiempo de contaje fue de 0,80 s y el paso de ángulo de 0.02º.

El procedimiento experimental que se recoge en este trabajo de investigación se

realizó con dos finalidades:

− Estudio y caracterización de la fase cristalina de las adiciones puzolánicas,

mediante el estudio de los picos de difracción correspondientes a los espaciados

interplanares de las especies minerales presentes de acuerdo a los principios de la

ley de Bragg;

− Estudio y caracterización de la fase amorfa, mediante la evaluación del fondo del

difractograma, ya que el material amorfo por carecer de orden estructural a largo

alcance, es el origen de la citada banda difusa [14-16]. además, de la pequeña

contribución de las regiones de borde de grano y los defectos en los microcristales

[72-75].

El programa utilizado para la manipulación de los datos del difractograma fue

WinPLOTR en su versión de Junio de 2005 de licencia de Thierry Roisnel y Juan

Rodríguez Carvajal. Este programa pertenece a un paquete de programas de libre uso

denominado Fullprof Suite en el que se recogen numerosas aplicaciones que permiten la

determinación cuantitativa de componentes mediante el método Rietveld, operaciones

lógicas entre difractogramas, transformadas de Fourier, entre otras. Además es posible

trabajar con los resultados de otras técnicas experimentales como “time of flight” T.O.F. o

difracción de neutrones. Se encuentra disponible en http://www-llb.cea.fr.


Así que una vez obtenidos los difractogramas experimentales, se decidió realizar la

separación de las zonas de que se componían los difractogramas. Para ello, se realizó una

operación de extracción del fondo -background substraction-, para lo que se empleó el

método numérico de interpolación de los Splines cúbicos. De este modo se obtuvieron dos

sub-difratogramas para cada muestra. Un esquema del proceso es el que se muestra en las

Figs. 15 y 16.

El difractograma correspondiente a la parte cristalina se emplearía tal cual para la

realización de la identificación mineralógica, para lo que se utilizó además la base de datos

PDF-2 del Internacional Centre for Diffraction Data -JCPDS- mediante la versión 2.1 de

2000 de PCPDFWIN. Se debe mencionar que aunque la operación realizada para aislar

esta parte del difractograma disminuye el valor de intensidad experimental de los picos,

este procedimiento es válido siempre y cuando el análisis sea cualitativo y a lo sumo semi-

cuantitativo, no así para los cuantitativos en los que se debería seguir un proceso mucho

más complejo y fundamentado.

Para realizar el denominado “análisis cuantitativo de fondo”, se realizó la

integración numérica de los datos discretos del fondo obtenidos por interpolación. El total

de datos discretos fue de 2750, lo que es lo mismo, un punto de fondo para cada paso de

ángulo de medida 2θ -5º a 60º con paso 0.02º-.

4.6.- Espectroscopia Infrarroja mediante transformada de Fourier.

El motivo por el cual se utilizó esta otra técnica analítica instrumental fue el de

ratificar la presencia de los principales componentes cristalinos comunes o no, de las

seis muestras, detectados mediante análisis petrográfico y el de difracción de Rayos X;

así como también, aquellos otros menos o nada cristalinos que tales técnicas analíticas

habían puesto de manifiesto con mayor o menor claridad. Del mismo modo, se ha de

recordar también que la actividad de las puzolanas naturales y artificiales, depende,

además de su composición química y mineralógica y de su cantidad de fase amorfa o

vítrea, de su superficie específica, de la presencia de elementos alcalinos y

alcalinotérreos y sobre todo del grado de condensación de los grupos SiO4, AlO4, FeO4,

AlO6, H-O-H, OH, etc. lo que se ha tratado de determinar en la medida de lo posible

mediante esta otra técnica.


Figura 15.- Difractograma experimental (a) Separación de la parte cristalina del fondo (b)

a)

b)


Figura 16.- Difractogramas resultantes. Parte cristalina (a) Fondo (b)

a)

b)


El análisis por FTIR se realizó mediante un espectrofotómetro Génesis, ATI

MATTSON con detectores de tantanato de litio y controlador integrado, habiéndose

utilizado la técnica de registro de comprimidos de KBr. Se elaboraron en todos lo casos

pastillas de 300 mg de KBr y ≈ 1,3 mg de muestra. Los espectros de absorción se

midieron en un rango de longitud de onda de 400 cm-1 a 4000 cm-1.

Para la caracterización mediante FTIR se han tenido muy en cuenta

primeramente, las aseveraciones de Tarte [76, 77], acerca de las posibilidades de

aplicación de esta técnica analítica, sobre las estructuras de los materiales vítreos. Ya

que la asignación más o menos detallada de las bandas de absorción, se hace

particularmente difícil. En primer lugar, por tratarse de compuestos inorgánicos de

fórmula compleja y a veces mal definida, en los que las interacciones vibracionales son

muy frecuentes,

− bien sea porque se trate de grupos unidos por un átomo de oxígeno común, es

decir, grupos condensados,

− bien por grupos diferentes caracterizados por frecuencias de vibración

similares;

y en segundo lugar, porque se trata de distancias con un gran predominio de masa

amorfa y vítrea que supone un grado elevado de desorden. Lo que produce en

ocasiones, que tan sólo se puedan señalar dominios de absorción característicos de

grupos determinados, sin concretar la frecuencia de una sola banda, como ocurre en el

caso de materiales cristalinos.

4.7.- Cemento Portland de referencia seleccionado.

Para evaluar el comportamiento de cada una de las muestras como posible adición

puzolánica mediante la realización de ensayos normalizados, se seleccionó para tal fin

como cemento Portland de referencia un cemento Portland común CEM I 42.5 N [23],

que se ha denominado como P-1 en este estudio. Su característica fundamental es el

elevado contenido de C3A. En la Tabla 12 se recoge su composición química y su

composición potencial de Bogue.

Otros parámetros físicos que caracteriza a los cementos y que están directamente

relacionados a los que se determinaron para cada muestra son la finura de molido por

tamizado húmedo [63] y su densidad real [64], siendo los valores correspondientes a P-1:


− Finura de molido:

o Retenido en el tamiz de 45 µm = 13.4 %

o Retenido en el tamiz de 90 µm = 3.0 %

− Densidad real = 3.08 g/cm3.

Tabla 12.- Composición del cemento Portland de referencia, P-1

SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3

19.18 63.94 6.44 1.75

Na2O K2O MgO CaOlibre

0.90 0.52 1.48 1.90

SO3 H20

(105 ºC) P.F. R.I.

Composición

Química

[%]

3.50 0.24 1.60 0.70

C3S C2S C3A C4AF Composición Potencial de Bogue

[%] 51.05 16.48 14.11 5.33

P.F.- Pérdida al fuego R.I.- Residuo insoluble

Todos los parámetros que son propios al ensayo de cementos en pasta y mortero

normalizado, se recogerán junto a los obtenidos de los ensayos realizados a los cementos

de mezcla P-1 con cada muestra “Z” o a los morteros que con ellos se preparen, los que de

aquí en adelante se referirán como P-1/”Z” seguido de la proporción en peso de la mezcla.

4.8.- Procedimientos y métodos normalizados

4.8.1.- Análisis químico de las adiciones puzolánicas

Se llevó a cabo de acuerdo a la norma ASTM C 311-94b [65]. De este modo, se

obtuvo el análisis cuantitativo de los elementos químicos más significativos de estos

materiales inorgánicos, expresados como contenido p0rcentual sus óxido ácidos o

básicos correspondientes, a saber: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, SO3, K2O, Na2O, TiO2,

P2O5, Cl-, ZnO, MnO. También se consideró la pérdida al fuego y el residuo insoluble.


Se eligió este procedimiento por ser propio de las adiciones puzolánicas

naturales y artificiales, caso de las cenizas volantes, humo de sílice, metacaolín y

similares. Además se prefirió este método sobre la espectrometría por fluorescencia de

Rayos X, método más común para el análisis de rocas, por ser la finalidad principal la

de su empleo en su caso como adición al cemento -ASTM C 114-94 [78]-, lo que a lo

largo de este estudio se tuvo muy en cuenta.

4.8.2.- Determinación de la densidad real

Este parámetro físico expresa la densidad del material en gramos por

centímetro cúbico, sin tener en cuenta sus poros, que de hacerlo debería llamarse

densidad aparente. La densidad real se calcula mediante el método que objeto de la

norma UNE 80-103-86 [64]. El método consiste en sumergir una masa seca y conocida de

cemento en un recipiente graduado, denominado volumenómetro de Le Chatelier, en el

que se encuentra un volumen de líquido -no reactivo con el cemento ni con las adiciones

puzolánicas-. La incorporación de la masa de cemento produce un aumento de volumen,

que se corresponde lógicamente con el volumen de todas las partículas de la muestra de

cemento o adición analizada. Este valor se utiliza para calcular la densidad real del

material. De todos los posibles líquidos densimétricos se utilizó alcohol isopropílico.

4.8.3.- Determinación del contenido de sílice reactiva -SiO2r--

El factor hidráulico sílice reactiva, SiO2r-, que ya se comentó en el

correspondiente apartado 1.1.4, reacciona con la cal en medio acuoso produciendo gran

parte de la actividad puzolánica de una adición puzolánica. De ahí, la importancia de su

determinación y la causa de que se estableciera una especificación química en torno al

contenido mínimo de este factor para poder considerar un material como puzolánico. Por

ejemplo, se debe citar que en la actual Instrucción RC-03 [23] y la norma

UNE-ENV 197-1:2000 [11], se establece el límite mínimo en un 25%. De este modo, fue

necesario determinar el contenido de SiO2r- mediante el método analítico objeto de la

norma UNE 80-225-93 [62].

4.8.4.- Ensayo de puzolanicidad o ensayo de Frattini

La actividad puzolánica fue evaluada por vía química mediante la comparación de

la cantidad de hidróxido de calcio que pasado un periodo de tiempo determinado, en este

caso 7 y 28 días, contenía la disolución acuosa en contacto con la muestra hidratada a


40 ºC, con la isoterma de solubilidad de hidróxido de calcio en una disolución alcalina a la

misma temperatura -EN 196-5:1994 [24]-. Este ensayo se considera positivo cuando a la

primera edad o a la segunda, la concentración de hidróxido de calcio en la fase líquida de

la muestra se ubica por debajo de la isoterma de solubilidad. De un modo gráfico se

establece la situación de la fase líquida con respecto a la línea de saturación de CaO en

disolución mediante la representación de los valores experimentales obtenidos de CaO

frente a OH- -lo que también se denomina alcalinidad total, suma de la alcalinidad

proveniente de los contenidos de OH-, HCO3- y CO3

2--.

Se debe comentar que la citada norma es sólo aplicable para cementos puzolánicos

-véase Tabla 2-, debiéndose evaluar a los 8 y 15 días, y no para cementos Portland con

puzolana ni para puzolanas, si bien, ello no implica que el método no sea válido para

evaluar la reacción puzolánica que un material cualquiera pueda producir con el cemento

Portland con que se mezcle. De este modo, se decidió evaluar la puzolanicidad de mezclas

del cemento Portland de referencia P-1 con todas y cada una de las seis muestras por

separado en una proporción de mezcla 70%/30% en peso -en lo sucesivo, 70/30 sin más-,

del cemento y de la muestra respectivamente, lo que hace que el cemento así preparado

pudiera ser clasificado como cemento tipo CEM II/B-P, o bien, CEM IV/A en función de

su composición -véase a tal efecto la Tabla 2 del apartado 1.1.5-. Por otro lado, las edades a

las que se realizó el ensayo fueron las de 7 y 28 días, de acuerdo a las anteriores

Instrucciones RC-75 y RC-93 [56, 57] en la que se fijaba estas otras dos edades de ensayo,

habiendo venido siendo las mismas desde el Pliego General de Condiciones para la

Recepción de Conglomerantes Hidráulicos, PCCH-64 [58]. Su justificación fue debida a la

menor exigencia de dicha Instrucción y Pliego ya extinguidos, en cuanto al plazo de

tiempo para que se obtenga un resultado positivo de la actividad puzolánica, pues pudiera

darse el caso que muestras no consideradas como adiciones puzolánicas a los 15 días

pudieran serlo a 28 días; además, es conveniente recordar aquí que en la medida de lo

posible es deseable la aptitud de alguno de estos materiales como adición puzolánica.

Para dar una mejor explicación del método se presenta en la Fig. 17 la

representación gráfica del equilibrio en disolución alcalina a 40 ºC del Ca(OH)2 expresado

como CaO. Como se puede observar, existen dos zonas separadas por la curva de

equilibrio. Cualquier aplicación del método en la que se obtenga un punto en la zona por

encima de dicha curva, se tendrá que la fase líquida se encuentra sobresaturada de

portlandita -resultado negativo para la puzolana que se estudie-, por el contrario, si el

punto se sitúa por debajo, se encontrará en condiciones de subsaturación -resultado

positivo para la puzolana que se estudie-.


Figura 17.- Grafica del ensayo de Frattini

La fase líquida en contacto con el cemento Portland puro se caracterizan porque

se sitúa en la zona de sobresaturación de la portlandita, lógicamente, de aquí que este

ensayo no esté especificado para este tipo de cementos por la actual Instrucción RC-03

[23]. En cambio, si al cemento Portland se le incorpora, en diferentes cantidades, una

adición de modo que se produzca la reacción puzolánica, la fase líquida tendrá menor

cantidad de CaO, lo que motivará que dicha fase pueda llegar a encontrarse

subsaturada de portlandita. Si es así, el ensayo se dice que es positivo y se puede

considerar al cemento ensayado como puzolánico, y en caso contrario, no, y el ensayo

es negativo, lógicamente.


volumen.

Estos ensayos, considerados básicos para la caracterización de cualquier

cemento, se realizaron de acuerdo a la norma EN 196-3:1994 [66].

ZONA DE SOBRESATURACIÓN

ZONA DE SUBSATURACIÓN


Consiste en realizar una serie de ensayos sobre una pasta con agua de

consistencia normal, para lo que es necesario en primer lugar hallar la cantidad de

agua necesaria para preparar dicha pasta. Se emplea para ello la Aguja de Vicat,

consistente en un sistema que posee un cilindro metálico de dimensiones específicas,

siendo la masa total de elementos móviles de peso determinado, 300 ± 1 gramos, que se

emplea para penetrar la pasta preparada con una cantidad de agua, la cual se halla

contenida en un molde troncocónico, también de dimensiones específicas. La

penetración del cilindro expresada en longitud viene especificada, por ello se debe

variar la cantidad de agua necesaria para conseguirlo. El agua de la correspondiente

pasta es el agua de consistencia normal.

Seguidamente, se prepararán sendas amasadas de pasta con agua de

consistencia normal a la que se les determinará el tiempo de fraguado por un lado, lo

que implica determinar su principio y fin, y su estabilidad de volumen, por otro.

Las determinaciones del principio y fin de fraguado se realizan también con la

Aguja de Vicat, siendo ahora el elemento que penetra en la pasta de cemento una aguja

propiamente dicha, siendo en este caso también la masa de los elementos móviles de

peso 300 ± 1 gramos. Las penetraciones se hacen periódicamente de modo que se

obtiene con respecto al tiempo la longitud que penetra la aguja en la pasta. De este

modo, y a medida que transcurre el tiempo y se suceden las reacciones de hidratación

del cemento en la pasta, se produce su endurecimiento lo que causa que la longitud de

penetración vaya disminuyendo pasando por dos valores fijados como los de

penetración para los que se tiene el principio y no penetración o final de fraguado.

La estabilidad de volumen, tiene por objetivo estimar el posible riesgo por

expansión tardía debido a la hidratación del óxido de calcio y óxido de magnesio libres.

Se mide por la separación de las agujas indicadoras de un molde cilíndrico de latón

elástico. Dicho molde contiene la pasta confinada, ya que las bases del cilindro se tapan

con dos placas de vidrio. Se realizan sobre dos probetas de la misma amasada y se

sumergen durante 24 horas en agua a 20 ºC, después de este tiempo se mide la

distancia entre las puntas de las agujas, después se ponen en ebullición durante 3 horas

y se mide de nuevo la distancia, finalmente se deja enfriar el molde y se mide de nuevo.

Para obtener el valor de la estabilidad de volumen se hará mediante la media de las

diferencias entre el último y primer valor medidos para cada probeta.



resistencias mecánicas a compresión del Índice de actividad

resistente.

Llegados a este punto y antes de todo, los análisis y ensayos que aquí se plantean.

deben ser justificados. Así, teniendo en cuenta

− por una parte, que los contenidos de SiO2, Al2O3 y Fe2O3 de las puzolanas naturales

de origen volcánico están comprendidos entre 42-73%, 10-20% y 1-14%,

respectivamente, mientras que los de las cenizas volantes lo están entre 40-50%,

15-30% y 10-20% [19], y

− por otra, que tanto la norma EN 450-1:2005 [67] para las cenizas volantes como la

norma ASTM C 618-94a [79], para las puzolanas naturales y las cenizas volantes

silicoaluminosas, recogen entre sus múltiples especificaciones químicas, aquella

que dice que la suma de los tres óxidos ácidos anteriores o “factores hidráulicos”,

ha de ser ≥ 70%,

y aplicando a continuación los principios de la teoría combinatoria, se ha de admitir que

puede haber más de una combinación posible en la suma de tales óxidos, sea

proporcionada indistintamente por una ceniza volante o por una puzolana natural, es

decir, que la composición química de una ceniza volante puede verse reproducida

íntegramente por una puzolana natural, y viceversa. A tal efecto, nótese también cómo en

la Fig. 1 del apartado 1.1.3 de esta MEMORIA, los campos de composición química de

ambos materiales aparecen parcialmente solapados en una zona del espectro de

composición química. Además, existen propiedades físicas de ambos materiales que

pueden ser análogas, por ejemplo, la esfericidad abierta o cerrada de las cenizas volantes

se puede relacionar con el diferente grado de porosidad intrínseca de las puzolanas

naturales, tipo pumitas, tobas y similares.

Tomando de referencia este principio, se ha decir que no se ha desarrollado de

igual modo en función del país, las normas para la utilización de estos materiales en la

fabricación de hormigones y morteros. Así se tiene, que en los países de la Unión Europea,

es de obligado cumplimiento la norma EN 450-1:2005 [67], la cual es sólo aplicable para

tal fin a las cenizas volantes. Este no ha sido el caso de Estados Unidos donde la norma

ASTM C 618-94a [79] es aplicable tanto a adiciones puzolánicas naturales como a cenizas

volantes, para la preparación de morteros y hormigones.


Por todo ello, y debido a la similitud de ambas normas, y a la inexistencia en la

Unión Europea de una norma expresa para aplicarla a los materiales de esta investigación,

con el fin de evaluar su comportamiento como puzolana natural para preparar

hormigones y morteros, se decidió aplicar a los materiales la norma europea

EN 450-1:2005 [67], si bien se tendrán en cuenta las diferencias existentes para ambos

materiales, cenizas volantes y puzolanas naturales, en el resto de especificaciones que

aparecen en la norma ASTM C 618-94a [79] para cada uno de los ensayos.

De este modo, una vez se tuvieran perfectamente caracterizadas las muestras

desde el punto de vista petrográfico, mineralógico, químico, así como de las pastas de

cemento que con ellas se pudieran preparar, se pasó a la caracterización de cada una de

ellas en mortero normalizado [25], determinándoseles a continuación:

− la demanda de agua relativa [67] de la adición mezclada con cemento Portland,

− las resistencias mecánicas a compresión a 28 y 90 días [25], así como sus

índices de actividad resistente -IARxd- [67].

Para la primera de las determinaciones el procedimiento que figura en la norma

EN 450-1:2005 [67] consistente en el cálculo de la cantidad de agua necesaria en un

mortero normalizado P-1/”Z” 70/30 para que proporcione un escurrimiento según

EN 1015-3 [80], que sea ±10 mm con respecto al valor del mismo mortero normalizado del

cemento Portland de referencia P-1. La dosificación de los morteros normalizados es de

una masa total de sólido de 1.800 gramos, donde la relación conglomerante:árido es de

1:3, y agua:conglomerante 0.5, para lo cual se debe emplear una arena silícea normalizada

CEN En 196-1.

Para la realización del resto de los ensayos, los de resistencias mecánicas a

compresión e índice de actividad resistente, y puesto que no existe especificación en la

composición de los morteros normalizados como para el caso del ensayo anterior, se

decidió mantener constante el tipo de mortero de ensayo, es decir, con proporción de

conglomerante P-1/”Z” 70/30. Así, la determinación de las resistencias mecánicas a

compresión a las edades de 28 y 90 días se realizó según la norma EN 196-1:1994 [25],

elaborando para ello tres probetas de dimensiones 4x4x16 cm por cada muestra y edad, de

mortero. Los correspondientes índices de actividad resistente [67], IARxd,, se expresan

como el porcentaje de los valores de resistencia mecánica de los morteros de ensayo

fabricados con el correspondiente P-1/”Z” 70/30, sobre las resistencias mecánicas del

mortero de control fabricado únicamente con el cemento Portland de referencia P-1, para


cada una de las edades. Se prepararon tres probetas de 4x4x16 cm por cada muestra y

edad.

5.- RESULTADOS. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN

5.- Resultados obtenidos, análisis y discusión | 85

5.1.- Caracterización de las rocas volcánicas

5.1.1.- Análisis petrográfico por lámina delgada

Para la observación y estudio de las muestras con el microscopio petrográfico se

confeccionó para cada muestra la correspondiente lámina delgada, salvo para la muestra

M1, que se debieron preparar dos láminas por contener ésta algún grano que excedía de

los 2 cm de diámetro.

El procedimiento para la elaboración de las muestras fue de acuerdo a lo expuesto

en el apartado 3.2.2 de esta MEMORIA. Antes de exponer los resultados y pasar a su

discusión, conviene resaltar que la cuantificación petrográfica realizada sólo es

aproximada, siendo más precisa en aquellas muestras con menor tamaño de partícula, ya

que la proporción de granos contenidos en una lámina delgada normal cuya superficie no

supera los 4 cm2, puede ser superior a 200, mientras que en aquellas muestras de mayor

tamaño de partícula apenas se llega a la docena de granos, lo que reduce demasiado la

representatividad del conjunto que se analiza. Por todo ello, se ha considerado que la

determinación mineralógica que del empleo de esta técnica se obtiene para estas muestras

en particular, es únicamente de carácter semicuantitativo, a pesar de que se trate una

técnica esencial para realizar la caracterización textural de este tipo de rocas.


Las microfotografías realizas para cada una de las muestras se recogen en el

ANEJO de este trabajo de investigación, en el que se incluye una breve descripción de lo

que en ellas se identifica, por lo cual en este apartado, no se hará comentario expreso de

ninguna en particular, sino más bien de cada muestra en general. Así, del análisis de

dichas microfotografías se obtienen los resultados que se presentan la Tabla 13.

Tabla 13.- Resultados del análisis petrográfico. -tr = trazas-

COMPONENTES [%] P1 P2 P3 M1 M2 M3

Tipo 1 matriz vítrea 98 84 22 55 25 9

Tipo 2 matriz criptocristalina 2 5 5 5 11 tr* Dacita

Tipo 3 matriz microcristalina 5 3 20 20 15

Volcánicas

Andesita Tipo 4 matriz porfídica 5 11 20 28 15

Fracción vítrea

Metamórficas tr 1 2 1

Plagioclasas tr tr 28 tr 6 30

Cuarzo tr tr 18 tr 6 10

Verde tr tr 7 tr 7

Hornblenda

Parda tr tr tr tr 3

Biotita tr tr 3 tr tr 2

Fracción cristalina

Mixtos 1 2 2 8

De lo obtenido con este análisis, se debe decir en primer lugar que presentan un

contenido muy variable de fracción vítrea, habiéndose distinguido una litología volcánica

predominante, la dacita, si bien, en la mayoría de las muestras se encontraron algunos

granos con litología andesítica. De modo que, en base a estas dos litologías, las rocas

volcánicas se pudieron clasificar como rocas volcánicas ácidas, debido a la litología

predominante, e intermedias, debido a la andesítica. De las texturas que se identificaron

puede decirse que las dacitas mostraron estar constituidas bien por matriz vítrea,

criptocristalina y/o microcristalina, mientras que la andesita fue solamente por textura

porfídica. De todas ellas, las matrices con textura vítrea y criptocristalina, mostraron en su

estructura una porosidad abundante, debido a que en su origen se debió producir una

rápida expulsión de gases, lo que unido a un rápido enfriamiento provocó que no se


reordenara la masa fundida que se encontraba en proceso de vitrificación y/o

cristalización.

Las dacitas se identificaron por estar compuestas de plagioclasa, cuarzo, biotita y

hornblenda. Más en concreto, pudieran clasificarse como plagiodacita, pues se

encontraron numerosos fenocristales de plagioclasa, no pudiendo considerarse por el

contrario como dacita-riolita por contener menos del 20% de fenocristales de cuarzo, si

bien en algunas muestras tienen esta tendencia. En general, se puede comentar de los

minerales encontrados lo siguiente:

− Plagioclasas: tenían una composición variable debido a que los cristales de estos

minerales se hallaban zonados, aunque de carácter oscilatorio, es decir no

presentes en todos los fenoclastos. La zonación se identificó fácilmente debido a

que los cristales se encontraban compuestos por un núcleo a partir del cual crecía

el fenocristal de plagioclasa de modo que su composición se iba enriqueciendo en

sodio hacia los bordes. Además, presentaban una estructura ordenada, típica de

lavas antiguas.

− Cuarzo: Se encontró en forma de fenocristales y en la matriz. Los cristales

presentaban una forma hexagonal y bipiramidal, lo que indica su formación

temprana como cuarzo-β, aunque como es probable se hallen pseudomorfizados

por cuarzo-α de baja temperatura. Los cristales se mostraban corroídos por la

matriz en la que se encuentran y por ello presentan una forma redondeada.

− Hornblenda y biotita: ambos presentaban pleicroísmo marrón, si bien la

hornblenda de mucha más intensidad. Además se encontró oxidación en el borde

de los fenocristales de hornblenda.

La andesita se identificó fundamentalmente por estar compuesta en su mayoría

por plagioclasa, habiéndose mostrado zonada y corroída fuertemente en sus bordes por la

matriz. Además también se encontraron microlitos de plagioclasa y otros minerales tales

como el cuarzo que aparecío como accesorio.

A continuación, en la Fig.18 se muestran microfotografias correspondientes a las

cuatro texturas encontradas. La primera de las texturas, se caracteriza por tener escasa

cantidad de fenocristales dispersos en una masa eminentemente vítrea, por lo que se

denominó como compuesta por una matriz vítrea. En la matriz criptocristalina, se


encontraban fenocristales de mayor tamaño dispersos en una matriz en la que aparecen

pequeños cristales o microlitos, indicando la desvitrificación parcial posterior al origen de

la matriz del tipo anterior. Por otro lado, la textura microcristalina presentaba numerosos

fenocristales dispersos en una matriz prácticamente exenta de material vítreo, en la que

aparecieron multitud de minúsculos granos de cristales de diferente composición. Por

último, la textura porfídica, era muy similar a la criptocristalina si bien como se puede

observar en su matriz, existe menor número y tamaño de microlitos.

Figura 18.- Texturas encontradas en las rocas volcánicas

(a) textura vítrea (b) textura microcristalina

(c) textura criptocristalina (d) textura porfídica

De las texturas de los tipos criptocristalina y microcristalina recogidos en la figura,

se debe hacer mención a la diferencia en el aspecto de la plagioclasa, por lo que se pudo

diferenciar, entre otras cosas, a la dacita de la andesita. En la Fig. 18b en su extremo

superior izquierdo aparece un fenocristal de plagioclasa zonado, cuyo núcleo se presenta

de un color blanco, convirtiéndose en azul hacia los bordes, sin embargo en la Fig. 18d,

correspondiente a la andesita, en la parte central aparece un fenocristal de plagioclasa,

también zonado, pero de núcleo que se muestra azul y blanco hacia los bordes, y lo que es

más, se encuentra corroído por la matriz, muestra evidente de que se trata de una

andesita. Decir también que la diferencia de colores en los fenocristales de ambas rocas

indica distinta composición química. Por ello, se puede decir que la plagioclasa en la

(a)

(d) (c)

(b)


dacita se encuentra zonada entre oligoclasa-andesina o albita, mientras que en la andesita

estará zonada de andesina a labradorita.

Todo lo que se ha expuesto conduce a la conclusión de que todas las rocas

volcánicas analizadas pertenecen a una misma serie magmática calco-alcalina con

pequeñas variaciones en su composición, que deberían ocupar el campo 4 e introducirse

en el campo 5 del diagrama de Streckeisen -véase Fig. 3 en el apartado 1.1.6.2-, si bien, por

su elevado contenido de fase vítrea en algunas muestras y pequeña dimensión de los

cristales, no se pudo llevar a cabo su clasificación mediante este diagrama en base a su

composición mineralógica, por lo que se debió realizar la correspondiente clasificación

TAS -Total de álcalis-sílice- para lo que fue necesario realizar su análisis químico, lo que

se recogerá más adelante.

Entrando en detalle acerca de los resultados obtenidos para cada muestra en

particular, debe comentarse que las muestras que proceden de las fracciones

granulométricas mayores -muestras P1 y M1- carecían casi por completo de fenocristales

liberados. Estos fueron escasos -menores del 15%- en las granulometrías de tamaños

intermedios -P2 y M2- y muy abundantes -60% del total-, en las muestras de menor

tamaño -P3 y M3-, lo que justifica la separación realizada desde el primer momento en el

yacimiento y posterior clasificación granulométrica.

La textura predominante en todas las muestras y fracciones granulométrica, tal y

como se ha expuesto antes, fue la de las dacitas vítreas, habiendo resultado ser mucho

más abundante en las muestras P que en las muestras M, constituyendo la práctica

totalidad de la muestra P1 y aún más del 80% de la muestra P2. Los fragmentos de dacita

con matriz desvitrificada o en estado de desvitrificación, fueron menos abundantes, en

general menos del 5%. Y sólo superior al 10%, en la muestra M2. La textura de las dacitas

microcristalinas eran escasas en las muestras P -5%-, no así en las muestras M, con

contenidos entre un 10% y un 20%. En estas últimas, pudieron observarse las dos

variedades de matriz diferenciadas anteriormente en microcristalina y criptocristalina.

La litología andesítica resultó estar más extendida en las muestras M, que

contenían de un 15 a un 30% del total de los granos que componían la muestra. Los

fragmentos de rocas metamórficas aparecían en escasa proporción -2%- en todas las

muestras excepto en las de granulometría superior -P1 y M1-.


Entre los fragmentos cristalinos predominaban los de plagioclasa,

aproximadamente hasta un tercio del total de la muestra para P3 y M3, estando ausentes

en P1 y M1. A continuación, los cristales de cuarzo, siendo P2 y M3 aquellas con mayor

contenido -hasta un 18%-. Los fragmentos de componentes ferromagnesianos -

hornblenda y biotita-, ocupaban aproximadamente un 10-12% del total, predominando los

de hornblenda -≤ 7%- sobre los de biotita -≤ 3%-. En las muestras M, donde la andesitas

eran más abundantes, resultó igualmente más abundante, el contenido en hornblenda

parda liberada -≈ 3%-.

En función de estos resultados y si se tienen en cuenta las propiedades físico-

químicas de cada muestra que más pueden afectar a la posible actividad puzolánica que

muestren, se puede realizar un clasificación donde se indique el grado de reactividad

puzolánica que pueden llegar a tener. Para ello se debe evaluar cada material por su

composición, proporción y contenido de minerales de la fase cristalina, y este último, el

contenido frente al de fase vítrea, así como la textura de la misma. Entrando más en

detalle se puede comentar:

− de la composición ácida: se preferirán aquellas rocas más ácidas, lo que traducido

desde el punto de vista petrográfico, significa que se preferirán aquellas muestras

con mayor contenido de granos con litología dacítica frente a la andesítica, pues la

primera es considerada ácida y la segunda intermedia;

− del contenido vítreo y cristalinidad: aquellas que presentan mayor número de

granos con matriz vítrea, y mayor proporción de ésta en detrimento de su

contenido cristalino reaccionarán más rápidamente, pues posibilitarán una más

rápida disolución de sus componentes en la fase acuosa del cemento Portland,

donde se produce la reacción con la portlandita;

− la porosidad: aquellas con mayor porosidad intrínseca, mostrarán mayores

superficies específicas, lo que posibilita más fácilmente el transporte de la fase

líquida por succión capilar a través de los poros, favoreciendo los citados procesos

de disolución y reacción;

− el tamaño de grano: en aquellas muestras ausentes de matriz vítrea o

criptocristalina, las que posean con textura microcristalina, serán a priori más

reactivas que las critalinas, pues implica la existencia de un gran número de


bordes de grano, menor tamaño de cristal y por tanto mayor velocidad de

reacción;

− del contenido de minerales con elementos alcalinos: serán preferibles aquellas con

un menor contenido de estos minerales, debido fundamentalmente a los mismos

aspectos de durabilidad que se aplican a los cementos Portland, pues pueden

llegar a producir reacciones indeseables una vez endurecido el mortero u

hormigón -reacción árido-álcali-.

Consecuentemente, en base a todo lo anterior, se puede decir que la litología más

favorable de las dos detectadas en este análisis petrográfico, para poder quizás, llegar a ser

denominadas puzolanas naturales, deberían ser las dacitas, y dentro de estas las de

textura vítrea.

Ahora bien, puesto que dichas propiedades físicas, químicas, mineralógicas y

texturales deseadas, resultaron ser más abundantes en las muestras denominadas P, se

pudo deducir que en general, desde el punto de vista petrográfico, tales muestras deberían

ser probablemente más apropiadas frente a las M, para poder ser denominadas puzolanas

naturales. A pesar de lo cual, se debe comentar que el diferente grado en que pueden

llegar a influir unas propiedades sobre otras la actividad puzolánica, hacen que alguna M

pueda ser clasificada previa a alguna P, clasificándolas finalmente por su posible grado de

reactividad según se recoge en la Tabla 14.

Tabla 14.- Grado de reactividad en función de los resultados del análisis petrográfico

+ -

P1 P2 M1 M2 P3 M3

Por último, se debe realizar una puntualización acerca del diferente contenido

de componentes cristalinos. Todos, a excepción del cuarzo, poseen en su composición

mineralógica cationes alcalinos Na+ y/o K+ principalmente, -véanse al efecto en la

siguiente Tabla 15-, lo que con toda probabilidad influirá notablemente en el ensayo de

puzolanicidad según Frattini [24], especialmente en su evolución de la edad de 7 a la de

28 días, con sus probables implicaciones en la capacidad de cambio [45, 48], de todas

o sólo alguna(s) de las seis muestras analizadas, y consecuentemente, en la demanda de

agua relativa [67], las resistencias mecánicas características [25] -a 28 y 90 días, en este

caso- absolutas y relativas -índice de actividad resistente [67]- proporcionadas por las

Tabla 15.- Información acerca de los minerales identificados

MINERAL

FÓRMULA QUÍMICA

DENSIDAD

[g/cm3]

DUREZA

Mohs

EXFOLIACIÓN

Albita (Ab)

Na[AlSi 3O8]

2,61

Oligoclasa

Ab80An20

2,64

Andesita

Ab60An40

2,67

Labradorita

Ab40An60

2,7

Bytownita

Ab20An40

2,73

Plagioclasas

Anortita (An)

Ca[Al 2Si 2O8]

2,76

6 - 7

Muy buena según

(001) (010)

Cuarzo

SiO

2

2,65

7

Imperfecta según

(10-11)

Hornblenda

(Ca·Na·K) 2-3(Mg·Fe2+·Fe3+·Al)5[OH(AlSi 3)O

11] 2

2,9 - 3,4

5 - 6

Perfecta

Biotita

K(Mg·Fe2+) 3[(OH) 2(Al·Fe3+)Si 3O10]

2,8 - 3,2

2 - 3

Excelente según

(001)


probetas de mortero normalizado correspondiente [25], y en la durabilidad potencial

[45,48] que las mismas pueden llegar a conferir a los cementos y sus productos

derivados, hormigones, morteros y pastas, que con ellas se preparasen, lo cual ha de

recordarse que no ha sido incluido como objetivo en esta investigación.

5.1.2.- Evaluación del comportamiento a la molienda.

Tal y como se indicó en el aparado 4.3 de esta MEMORIA se llevó a cabo la

molienda de las rocas volcánicas objeto de este estudio, realizando en paralelo el

control de su finura. De este modo se obtuvieron los resultados que se muestran en la

Fig, 19 donde se expresa el residuo acumulado en el correspondiente tamiz, así como el

tiempo necesario de molienda para lograrlo.

Figura 19.- Comportamiento frente a la molienda -tamizado húmedo-

A rasgos generales, se puede observar como el comportamiento de las muestras

P frente a la molienda fue considerablemente mucho mejor en sus muestras 1 y 2 a sus

homólogas M. Ello se debe al predominio de las matrices con textura vítrea y

criptocristalina, frente a las de textura microcristalina y porfídica, a pesar de haber

quedado constituidas por las fracciones de mayor tamaño. Así, las muestras con peor

comportamiento resultaron ser aquellas con mayor contenido cristalino, tal y como era

lógico, es decir, las muestras P3 y M3, y entre éstas, la última fue la que además dejó un

residuo superior al 10% en el tamiz de 90 µm, debido a su mayor contenido global de

materiales cristalinos, aún a pesar de haber sido la muestra que necesitó mayor tiempo

de residencia en el molino, y aquella que por el contrario mostró un menor residuo en

el tamiz de 45 µm. Además quedó justificado por las diferentes propiedades de dureza y

exfoliación de los minerales de los que se componen y por la distribución de los


mismos, entre los que destacan las plagioclasas y cuarzo, los cuales son de elevada

dureza, si bien además el cuarzo es de exfoliación imperfecta.

Considerando exclusivamente el aspecto económico de su incorporación en el

proceso tecnológico de la fabricación del cemento, y más concretamente en el molino

de bolas -aunque inadecuada, práctica habitual de la industria del cemento [17, 45]-, las

posibles adiciones puzolánicas más adecuadas, sin tener, claro está, en cuenta su futuro

comportamiento mecánico-resistente, resultaron ser de mayor a menor adecuación

como se recoge en la Tabla 16.

Tabla 16.- Adecuación de las rocas volcánicas al proceso de molienda

+ -

P1 P2 M1 - M2 P3 M3

5.1.3.- Análisis granulométrico mediante Espectroscopia de

Difracción de Rayos Láser -EDRL-.

Mediante la aplicación de esta técnica se pudo obtener la distribución de

tamaños de partícula que se muestran en la Fig. 20. En base a estos resultados, se

demostró como en todas las muestras se obtuvo una distribución de tamaños similar,

de modo que las seis muestras poseían partículas entre los mismos límites de tamaño,

aproximadamente. Además, se confirmaron los resultados obtenidos mediante el

análisis petrográfico, y que hacían referencia al hecho de que las muestras analizadas

estaban constituidas por dos fracciones, la considerada fracción vítrea, en la que se

tuvieron en función de la muestra diferentes distribuciones de las texturas vítrea,

criptocristalina, porfídica o microcristalina y la parte formada por fenocristales,

perfectamente diferenciables entre ellas, es decir, su fracción cristalina, lo que también

se demostró por DRX.

Todo ello quedó confirmado según se ve en la Fig.20 por la aparición de dos

máximos, lo que indica que todo el material no se ha comportado de un modo

homogéneo frente a la molienda, independientemente del distinto tiempo de molienda

y de la muestra, por su citada dualidad en la composición. Así los fenocristales, y

aquellos cristales más duros de las matrices, sobre todo de la microcristalina, quedan

conformando la campana gaussiana de mayor tamaño de partículas.


Figura 20.- Granulometrías en % volumen

También se ha comprobado que las muestras P poseen menor contenido

cristalino que la M, lo que está de acuerdo con los resultados del análisis

petrográfico y de DRX.

Asimismo y al igual que se obtuvo por el método de tamizado húmedo, se

determinará por esta técnica el contenido con tamaño de partícula superior a 45 y 90

µm, el cual se obtiene mediante la expresión:

“Retenido [%]” = 100 - ∑=

=

Di

i iV0

donde D = tamaño de partícula, V =volumen de cada tamaño. Así se obtiene la

correspondiente Fig. 21 de comportamiento frente a la molienda.

Salvo para la muestra M2, se han obtenido diferentes valores de residuo, siendo

menores en todos los casos. Sin embargo, las tendencias en los residuos de las muestras

M frente a las P han sido similares a los obtenidas mediante el tamizado húmedo. De

este modo se ve claramente el mayor tamaño de partícula de las distribuciones de las

muestras M2 y M3 frente a las restantes.

No obstante y en cualquier caso, debido a la ya citada similitud de tamaños y

distribución de partícula, se puede decir que el análisis y estudio comparativo a partir

de las muestras molidas será válido, desde el punto de vista químico y del resto de

análisis físicos y mecánicos, así como los de las técnicas de análisis de DRX y FTIR.

0

1

2

3

4

5

6

7

0.1 1 10 100 1000

Tamaño de partícula [µµµµm]

M1 M2 M3

0

1

2

3

4

5

6

7

0.1 1 10 100 1000

Tamaño de partícula [µµµµm]

% Volumen

P1 P2 P3


Figura 21.- Comportamiento frente a la molienda -EDRL-

5.1.4.- Análisis químico de las rocas volcánicas.

Los resultados de la composición química obtenidos de acuerdo a la norma

ASTM C 311-94b [65], se muestra en la Tabla 17.

Tabla 17.- Análisis químico de las rocas volcánicas

Óxidos [%] P1 P2 P3 M1 M2 M3

SiO2 63.80 64.10 63.70 62.30 66.50 65.10

Al2O3 17.70 16.50 17.90 17.90 16.40 17.48

Fe2O3 3.80 4.30 3.70 4.40 3.90 4.12

CaO 5.10 4.20 5.30 4.60 4.30 4.68

MgO 1.80 2.00 1.80 1.80 1.90 1.88

SO3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

K2O 1.30 2.00 1.10 1.20 1.80 1.51

Na2O 4.40 3.70 4.60 3.60 4.00 4.03

TiO2 0.49 0.54 0.48 0.60 0.53 0.55

P2O5 0.14 0.16 0.13 0.14 0.15 0.15

Cl- 0.01 0.02 0.01 - - -

ZnO 0.03 0.04 0.03 - - -

MnO 0.07 0.08 0.07 - - -

P.F. 0.92 1.80 0.73 2.00 0.87 0.51

Estos resultados de composición química permitieron clasificar a las rocas

volcánicas en este estudio, en base a dos criterios, el primero su contenido de SiO2, y el

segundo, en función de su contenido de alcalino y de sílice mediante el diagrama TAS -

Total de álcalis-sílice-.


Aplicando el primer criterio de clasificación, se obtuvo que salvo para el caso de

la muestra M1, todas las muestras resultaron ser ácidas, sin embargo dicha M1 fue de

carácter intermedio, aunque muy próxima al límite intermedio-ácido situado en el

63% SiO2.

Del segundo de los criterios se obtuvo el diagrama que se muestra en la Fig. 22,

donde se halla representado el contenido total de óxidos alcalinos frente al contenido

de óxido de silicio para cada muestra. De este diagrama se obtuvo que todas las

muestras P, junto la M2 y la M3, han podido ser finalmente clasificadas como dacitas, y

únicamente la muestra M1 como andesita. De todo ello y en comparación con el

análisis petrográfico, se pone de manifiesto la buena correspondencia entre los

resultados obtenidos por ambas técnicas analíticas; además, la clasificación de M1

coincide con que se obtuviera para la misma por recuento, un elevado contenido de

granos con dicha litología, pero también se debe decir que no fue la que más poseía en

función de este análisis, sino la M2.

Figura 22.- Diagrama TAS . Clasificación de las rocas volcánicas estudiadas.

(4) Andesita (5) Dacita


Desde el punto de vista de su posible grado de actividad puzolánica, decir que

los resultados que este análisis químico ha ofrecido son positivos, en cuanto al grado de

acidez que presentan, si bien, hubiera sido deseable un menor contenido de alcalinos.

Para poder discernir cual de ellas mostrará mayor actividad puzolánica en función de

este análisis, debería tenerse en cuenta su contenido de óxido de silicio reactivo, o sílice

reactiva, SiO2r-, y además si fuera posible, el de alúmina reactiva, Al2O3

r-, y no

exclusivamente el de óxido de silicio, SiO2, o el de aluminio, Al2O3, como de este se han

obtenido en la Tabla 16. Por ello, en este apartado no se realizará una clasificación de

dicho grado de reactividad, sino que se hará en el correspondiente a la determinación

de la sílice reactiva.

Por otra parte y en relación a su contenido de alcalinos, se debe decir que todas

las muestran poseían un contenido de Na2O + K2O muy similar, encontrándose

comprendidos entre un total de 5.80 en el caso de la M2, y 4.80 en el de la M1. Desde el

punto de vista de su comportamiento como adición puzolánica, con respecto a la

capacidad de cambio que presenten, y el contenido en alcalinos total del cemento al

que se incorporen, dicho contenido se ha de expresar como contenido equivalente de

óxido de sodio Na2O eq. [23, 78], lo que permite compararlas de un modo más racional,

como ha sido el caso de las muestras P, en la que la suma total de los dos óxidos

alcalinos mencionados ofrecía un mismo valor, más no su composición individual. Así

se tiene que para calcular dicho contenido se debe aplicar la correspondiente expresión

para aplicar tal conversión, siendo:

Na2O eq. = Na2O + 0.658 · K2O

De su aplicación al análisis químico obtenido se obtuvo la siguiente clasificación

en función de este contenido de óxido de sodio equivalente [%]:

P3-5.32 > P1-5.26 > M2-5.18 > P2 = M3-5.02 > M1-4.39

Esta clasificación, permitirá establecer, en conjunción con los resultados

obtenidos por el ensayo de Frattini, establecer si estos materiales han podido o no,

manifestar cierta capacidad de cambio [45-48], y poder así relacionarlo con los

resultados que se obtengan de la caracterización mecánico-resistente de los morteros

normalizados elaborados a partir de los cementos de mezcla de cada muestra


Además, de todo ello se debe mencionar que de los cementos de mezcla P-1/”Z”

70/30 que se prepararon, ninguno pudo ser calificado como cemento de “bajo

contenido de álcalis”, debido a que si se calcula el contenido de Na2O eq. del análisis

químico del cemento de referencia P-1 resulta ser del 1.18%, superando así el

correspondiente requisito que Na2O eq.< 0.60% para ser considerado de este tipo [78],

condición que se ve empeorada por la adición de cualquier proporción de “Z”.

5.1.5.- Análisis por Difracción de Rayos X -DRX-

Los difractogramas obtenidos del análisis de las pastillas de las muestras molidas,

se encuentran en las Figs. 23 y 24. Como se puede observar, los difractogramas para todas

las muestras son similares en cuanto a la localización de su banda difusa de 20 a 35º

[13-16], así como a las posiciones de los picos de máxima intensidad, si bien, no en cuanto

a la intensidad de éstos, lo que indicó una diferencia en la cantidad de la fracción

cristalina, pues todas los difractogramas fueron obtenidos con el mismo tiempo de

contaje. Las muestras M mostraron en todos los casos un mayor contenido cristalino que

las muestras P, siendo la muestra M3 la más cristalina de todas, frente a la P2, que por ser

la que menor intensidad total presentaba, fue considerada como la de menor contenido

cristalino. Además, se debe señalar también que tanto en las muestras P como en las M, el

grado de cristalinidad decreció según el orden 2-1-3.

Esta interpretación de los difractogramas corrobora los resultados obtenidos

mediante el análisis petrográfico pero con algunas salvedades que deben ser comentadas.

Del análisis petrográfico se obtuvo que tanto P1 como P2 no poseían un contenido

cristalino que pudiera ser cuantificable debido a poseer su mayor textura vítrea, no

obstante, lo que se esclarece del análisis por DRX es que el contenido cristalino de P1 es

superior al de P2. No sucede igual con sus análogas M, donde se determinó mediante el

análisis petrográfico que la muestra M2 poseía mayor contenido cristalino que M1, lo que

no fue del todo cierto. En todo ello, también debió influir la diferente distribución de los

cuatro tipos de texturas obtenidas del análisis petrográfico, ya que en los casos de las

matrices criptocristalinas, porfídicas y microcristalinas, se encuentraban microlitos o

microcristales en los que las especies mineralógicas poseen diferente grado de desorden

estructural lo que produce cierto ensanchamiento de los picos; también existen multitud

de bordes de grano lo que produce disminución de la intensidad, lo que sumado al

diferente contenido vítreo de estos materiales hace que se aumente el ruido experimental.

Y si además se considera el posible efecto de orientación preferencial de algunas

estructuras cristalinas, hace que la información de los difractogramas que se obtiene sólo


Figura 23.- Difractogramas experimentales de las muestras P. (a) P1 (b) P2 (c) P3


Figura 24.- Difractogramas experimentales de las muestras M. (a) M1 (b) M2 (c) M3

(a)

(c)

(b)


pueda ser considerada como de carácter semicuantitativo, más no cuantitativo, para lo

cual deben emplearse métodos más avanzados [72-75] no habiendo sido tampoco este

otro análisis objetivo de esta investigación.

A continuación se recoge en los siguientes puntos el estudio comparativo realizado.

Para ello se separaron la parte cristalina del material no difractante de los difractogramas,

tal y como se indicó en el correspondiente apartado de métodos y procedimiento

experimental 4.4.2.

5.1.5.1- Parte cristalina

El estudio de la parte cristalina de cada uno de los difractogramas obtenidos,

comprendió la identificación de los minerales presentes en base a sus picos de máxima

intensidad. Los minerales así identificados fueron principalmente: biotita,

magnesiohornblenda y hornblenda, cuarzo y casi todas las plagioclasas.

En la siguiente discusión de los difractogramas, sólo se harán comentarios de

carácter semicuantitativo, en aquellos componentes en los que exista elevada

intensidad. Este hecho se debe a la pobre relación existente entre la intensidad de los

picos de minerales minoritarios, tales como la biotita y la magnesiohornblenda y el

ruido estadístico de la señal de registro del equipo, lo que también sucede a elevados

ángulos. Este hecho se muestra en la Fig. 25 para el caso de las muestras M1 y P1, que

resultaron ser aquellas con mayor y menor intensidad de pico, respectivamente, para el

caso de la biotita. Se podría haber realizado un suavizado -smooth- del difractograma

experimental, bien por un método convencional o un filtro de Fourier, pero no se

consideró conveniente por tratarse este estudio básicamente identificativo y nunca

cuantitativo, en el que hubiera podido ser necesario aplicar este tipo de corrección.

Entrando más en detalle de las especies mineralógicas identificadas, se debe

comentar de cada uno de ellas con respecto a cada muestra:

− Biotita: Se mostró como mineral accesorio en todas las muestras, con un pico de

muy baja intensidad en 2θ ≈ 8.790. Este hecho se corresponde totalmente con

los resultados de la identificación mineralógica que el análisis por microscopía

petrográfica en los que este mineral fue identificado como mineral traza en

todas las muestras salvo en P3 y M3, que se encontraba 3 y 2%,

respectivamente.


Figura 25.- Relación señal vs. ruido estadístico

− Magnesiohornblenda: Esta mineral hornbléndico, cuya composición química es

más rica en magnesio que la hornblenda, fue identificada en base a la aparición

de un pico bien definido en 2θ ≈ 10.488 y un secundario de menor intensidad a

2θ ≈ 9.771, siendo en algunos casos tan pequeño que en P2 resultó ser similar al

ruido estadístico del fondo.

− Hornblenda: Sus picos de máxima intensidad aparecen bien definidos en los

difractogramas de todas las muestra, siendo sus picos característicos, por orden

de intensidad, los situados en 2θ ≈ 28.586, 2θ ≈ 33.152, 2θ ≈ 38.438, 2θ ≈

41.781, 2θ ≈ 55.658 y 2θ ≈ 58.355. La coexistencia de los dos tipos de

hornblenda posiblemente se deba a un proceso de cristalización diferencial

donde primero cristalizara una pequeña cantidad de magnesiohornblenda

empobreciéndose en magnesio el magma y cristalizando así posteriormente la

hornblenda, o bien, debido a elevadas concentraciones locales en el magma de

magnesio se pueda haber producido la cristalización simultánea de las dos

especies.

− Cuarzo-α: Se confirmó el proceso de pseudomorfización por el que el cuarzo

volcánico se convierte a cuarzo-α de baja temperatura. Así se encontraron

perfectamente localizables dos picos estrechos característicos a 2θ ≈ 26.643 y 2θ

≈ 20.835. Su distribución en las muestras en función de la altura relativa del


primero de los picos resulta ser M3 > M2 > M1 > P3 > P2 > P1, por lo que se

puede afirmar que en el yacimiento, el cuarzo se distribuye preferentemente en

las muestras M frente a las P, y dentro de cada una de ellas, en las fracciones de

menor tamaño de partícula.

− Plagioclasas: Tal y como se indicó en la introducción y en la Tabla 11 del

análisis petrográfico, las composición de las plagioclasas se puede expresar en

función de la proporción de albita y de anortita. En su proceso de formación y

de acuerdo a las series de Bowen, se forman antes las plagioclasas con mayores

contenidos de calcio, pues su temperatura de fusión aumenta cuanto mayor es

su contenido de calcio. Su orden de cristalización conviene recordarlo: Anortita

> Bytownita > Labradorita > Andesina > Oligoclasa > Albita. De este modo, se

tiene que todos ellos comforman una serie continua e isomorfa de sistema

cristalino triclínico (a ≠ b ≠ c, α ≠ β ≠ γ), por lo que sus difractogramas de

difracción serán muy similares, produciéndose asimismo una variación

continua de las magnitudes de sus parámetros de red por la progresiva

sustitución de los átomos de calcio por los de sodio, lo que causa que la

distinción de estas especies minerales sea muy complicada. Así, en las bases de

datos se encuentran difractogramas para todas estas especies como minerales

independientes a excepción de la Andesina. Por lo general, muestran dos líneas

intensas en torno a los ángulos de difracción de 2θ ≈ 27.9 y 2θ ≈ 28.0, variando

su relación de intensidades desde 0.75 para la anortita hasta 1.08 para la albita,

a excepción de la ortoclasa que únicamente posee un pico a 2θ ≈ 28.0. El modo

de diferenciar las plagioclasas que estos dos picos de elevada intensidad es por

la aparición o desaparición de otros picos secundarios de menor. De este modo,

analizando los difractogramas experimentales, se tuvo que la relación entre

ambos picos fue en todos los casos muy inferior a 0.75 lo que indicaría la

presencia de grandes cantidades de oligoclasa, que hacen que la difracción se

vea favorecida en su ángulo de máxima intensidad en detrimento de la

intensidad del pico a 2θ ≈ 27.9. Se debe mencionar, que a pesar de ello se han

identificado picos específicos de todas y cada una de las plagioclasas, salvo para

la andesina como se ha indicado antes. Finalmente, de este grupo mineralógico

se debe explicar que los difractogramas de las bases de datos se corresponden

con albita de baja temperatura, y anortita ordenada, lo que es evidente por su

origen volcánico. Todo lo expuesto hasta ahora se debe explicar en conjunción

con el análisis petrográfico, en el cual se hizo referencia a la existencia de

cristales de plagioclasa zonados, es decir que variaban de composición desde su


núcleo a sus bordes, estando constituidas en su interior como es lógico por

aquellas plagioclasas con mayor contenido de calcio.

Para una mejor comprensión del análisis realizado se dividió en tres zonas cada

difractograma experimental, 5 a 20º, 20º a 35º y de 35º a 60º. Las citadas zonas a

excepción de la última, se recogen en la Fig. 26. En relación a la zona de elevados

ángulos, a pesar de la escasa intensidad, se tiene que todos los picos de difracción

identificados han resultado ser los correspondientes a espaciados interplanares de

menor intensidad de aquellos minerales mayoritarios identificados en las dos primeras

zonas, motivo por lo cual dicha zona se ha obviado en la Fig. 26.

5.1.5.2.- Material no difractante

Se realizó la “evaluación cuantitativa del fondo” de cada difractograma mediante

al extracción del mismo por interpolación -método numérico de los esplines cúbicos- y

posterior integración numérica. Los resultados se recogen en la siguiente Fig. 27.

Los resultados, se corresponden en parte con los del análisis petrográfico

realizado, donde se muestra una vez más cómo P1 es la muestra que contiene la mayor

cantidad de material no difractante frente a la muestra M3 que tenía la menor. No

ocurre lo mismo con el mayor contenido de M1 frente a P2 y sí lo es en la similitud

entre P3 y M2. Estos resultados, no justifican la mayor cristalinidad de las muestras M1

y P1 frente a M2 y P2, que ponían de manifiesto los difractogramas, sino todo lo

contrario. La explicación debe encontrarse en la naturaleza de la fase vítrea y cristalina

de cada muestra, y posiblemente, a la existencia en las muestras P2 y M2, de mayor

contenido de matriz con textura criptocristalina, que se origina por la desvitrificación

de la matriz con textura vítrea, lo que produce sin duda alguna el reordenamiento de su

estructura, y por ello, una menor intensidad de fondo producida por el material

difractante. Por otro lado, es importante también señalar a este respecto, que el

aumento del tiempo de molienda, y la consecuente disminución del tamaño de

partícula de los cristales, produce una progresiva “amorfización” de los materiales [75],

efecto que para el caso de estas muestras es muy difícil de evaluar, habiendo sido

deseable debido al diferente tamaño de partícula original, diferente tamaño de

partícula después de la molienda y diferente tiempo de molienda, lo cual se verá con

más detalle más adelante. Finalmente, de los resultados obtenidos, tanto de la parte

cristalina como del contenido relativo de material no difractante, el posible grado de

reactividad puzolánica que presenten se puede clasificar según la Tabla 18, teniendo en


Figura 26.- Análisis de los difractogramas experimentales

B - Biotita

MH - Mangesiohornblenda

H - Hornblenda

Q - Cuarzo

A - Albita

O - Oligoclasa

L - Labradorita

B- Bytownita

A* - Anortita

5.- Resultados, análisis y discusión | 107

cuenta que dicho material, por la naturaleza de las muestras, es predominantemente

material amorfo lo cual favorece su disolución y reacción puzolánica.

P1

P2

P3

M1

M2

M3

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

9500

Integral

Figura 27.-- Evaluación cuantitativa del fondo

Tabla 18.- Grado de reactividad en función de los resultados de difracción de Rayos X

+ -

P1 M1 P2 P3 - M2 M3

5.1.6.- Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier

Los espectros obtenidos por FTIR de las puzolanas resultaron ser semejantes en

cuanto a las zonas importantes de absorción que presentan, ya que todas ellas tenían

como componentes, los mismos óxidos fundamentales. Así y por lo común,

presentaban dos regiones principales de fuerte absorción: alrededor de 1000 cm-1 -

debido a vibraciones de valencia (υ4) de tetraedros de SiO4-, y cerca de 500 cm-1 -debido

a vibraciones (υ4) de deformación Si-O-Si, a menudo acoplada con otras vibraciones

catión-oxígeno. En ambas zonas, se presentaban dominios de absorción amplios y no

bandas netas. Debido a que se trataba de materiales con contenidos amorfos en su

mayor parte, aunque como se pudo deducir de los análisis anteriores, algunas de las

muestras eran lo contrario, caso extremo de M3. De aquí que las bandas netas fueran

abriéndose paso de la primera muestra, la P1, a la última, la M3, según se puede

observar en las Figs. 28 y 29.


En esta frecuencia, la sustitución de los átomos de Si por Al, en el tetraedro de

silicio Si-O, modifica las vibraciones de valencia del tetraedro de sílice y causa nuevas

bandas a menores frecuencias que deben adscribirse a vibraciones Si-O-Al.

Algunas vibraciones se descartaron en el estudios por FTIR de las seis muestras;

fueron éstas las de los enlaces Al-O y Fe-O, cuyos máximos de absorción aparecen tanto

en la región comprendida entre las dos amplias zonas mencionadas, como a menores

frecuencias, dependiendo fundamentalmente del número de coordinación del catión -4

ó 6-, y de si se trata de grupos aislados o condensados.

Por otra parte y a partir de los 1300 cm-1 hasta 4000 cm-1, los espectros

infrarrojos de las puzolanas, sólo presentaban bandas de absorción debidas a los

grupos hidroxílicos del agua de humedad y de los de silanol (OH-). Estas bandas

aparecen en la zona comprendida entre 2800 cm-1 y 3700 cm-1, y son bandas de

absorción originadas por vibraciones de valencia, VV, de grupos OH. La banda a menor

frecuencia y más intensa corresponderá con gran probabilidad, a vibraciones de

valencia de grupos OH unidos por puentes de hidrógeno, es decir, ligados a "centros de

primer orden"; este tipo de bandas de absorción, se desplazan a menor frecuencia

cuanto más fuerte es la unión. Las bandas de absorción que se pueden asignar a grupos

OH unidos directamente a la estructura, a los átomos de silicio, aluminio, etc., es decir,

a "centros de segundo orden", aparecen a una frecuencia más elevada [82, 83]. La

vibración de deformación, VD, del agua, aparece alrededor de 1640 cm-1.

Finalmente y antes de proceder al análisis de los espectros, se han de tener en

cuenta también, los resultados obtenidos con las técnicas analíticas anteriores, con la

finalidad de llevar a cabo una mejor interpretación de los mismos. De este modo, se han

dividido en cuatro zonas fundamentales.

Zona 1ª: 4000-3000 cm-1. En la zona de 3700 cm-1 se pudieron observar las

vibraciones de valencia (υ = VV) -OH pertenecientes a los grupos Si-OH y del H-OH,

correspondiendo a esta última, las de mayores frecuencias; probablemente por ser agua

de humedad -de escasa o nula energía de enlace- absorbida por la matriz mayormente

vítrea y porosa de la muestra analizada. Siendo por tanto su unión con ella muy débil, o

mejor dicho, lábil. Este fue principalmente, el caso de todas las muestras analizadas,

menos la M2. En cambio, los -OH del Si-OH, estarían unidos a átomos de Si por enlaces

que son más fuertes que los del agua de humedad. De aquí que aparecieran a

frecuencias menores. Y más concretamente, hacia 3440 cm-1. Lo cual queda ratificado


por dicha muestra M2 -y por el resto de manera muy tenue- dado que y como el análisis

petrográfico y la difracción de Rayos X habían demostrado, era la que mayor fracción

cristalina poseía en su constitución junto a la M3.

Por todo ello y según dichas bandas de cada muestra aparecidas en esta zona -P1

y M3=3619 cm-1, P2=3609 cm-1,P3=3600 cm-1 y M1=3624 cm-1-, se pudo decir con

fundamento que en todas ellas menos en la M2, los -OH del H2O, debían predominar

sobre los -OH de los grupos Si-OH. Dado que y de acuerdo con Rocchiccioli [84], las

absorciones producidas por las VV de grupos -OH, se hallan a mayores frecuencias - lo

que significaba una mayor libertad de grupos -OH unidos por puentes de hidrógeno

[9]-, conforme aumentó la porosidad intrínseca de la muestra analizada. La certeza de

esta deducción quedaba además ratificada por las bandas correspondientes que se

presentaban en la zona 1600-1700 cm-1 -que son debidas a las vibraciones de

deformación (υ4 = VD)- a las que simultáneamente les ocurrió, como era lógico, lo

contrario. Véase al efecto en la Fig.28 y 29, como en la muestra M3, las bandas han

aparecido en este caso, a 1645 y 1751 cm-1. Mientras que en la muestra totalmente

opuesta, la P1 en este caso, ha aparecido una única banda a la frecuencia menor de 1635

cm-1. Y esta última tendencia a frecuencias menores, conforme aumentó la porosidad

intrínseca de la muestra, nos indicaba también según Rocchiccioli [84], una unión más

débil del agua molecular.

Finalmente, y en relación a la composición mineralógica determinada, se ha de

decir también que en esta zona han sido identificadas por algunos investigadores [85],

biotitas oxidadas con el radical Mg2Fe3+OH, a 3645 cm-1. Y con el radical MgFe23+OH, a

3620 cm-1.

Zona 2ª: 1500-800 cm-1. En la zona comprendida entre 1000-1200 cm-1, donde

se encuentran las vibraciones de los tetraedros SiO4 de los silicatos, surgieron dos

bandas de absorción: la primera, entre 1010-1040 cm-1, y la segunda, hacia 1100 cm-1,

cuya aparición estaba motivada por pertenecer al grupo de los tectosilicatos, es decir,

los componentes mineralógicos más importantes que formaban sus cristales así como

también, por la inclusión en la red, de cationes alcalinos, fundamentalmente potasio.

La evolución de estas bandas de una muestra a la siguiente, véase las Figs.28 y 29, ha

sido en el sentido de alterarse la primera y disminuir de intensidad, a costa de

aumentar la segunda absorción. Como se puede apreciar en ambas familias, P y M, por

el incremento de intensidad de esta segunda banda y su cambio de pendiente.


Figura 28.- Espectros FTIR de las muestras P

longitud de onda (cm-1)

P1

P2

P3


Figura 29.- Espectros FTIR de las muestras M

longitud de onda (cm-1)

M1

M2

M3


El significado de estas modificaciones en los espectros respecto a la estructura

originaria de cada familia, es una disminución de la sílice amorfa en las muestras de

cada familia que en origen, tenían mayor tamaño de grano, es decir, la P1 y la M1,

respectivamente. Dicha sílice amorfa parecía como si hubiera evolucionado en las

muestras de menor tamaño de grano en origen, hacia una mayor cristalinidad. Lo que

al no haber sufrido tales materiales tratamiento químico ni térmico alguno previo, y si

únicamente una separación por tamizado, indujo a pensar que en tales fracciones

granulométricas tenía que haber mayores fracciones cristalinas, en detrimento de las

vítreas o amorfas. Lo que concordaba con los correspondientes resultados obtenidos

del análisis petrográfico y de la difracción de Rayos X.

Zona 3ª: 800-700 cm-1. Aparecen fundamentalmente las vibraciones Al-O del

grupo AlO4, y se observaron también numerosas diferencias entre los tres espectros de

cada familia, P y M, de muestras analizadas y entre las tres muestras correspondientes

de una misma familia, o lo que era lo mismo, entre los seis espectros obtenidos. Así,

mientras en los espectros de las muestras P1 y P2 -789 cm-1- y M1 - 794 cm-1-, aparecía

toda la zona con una absorción neta, si bien, a frecuencias diferentes, en los espectros

del resto de las muestras analizadas, es decir, de la P3 y M3 -máximos a 794 y 779 cm-1-

y M2 -máximos a 799 y 784 cm-1- se pudieron observar en cambio, dos bandas de

manera clara, siendo en las tres muestras los valores de intensidad semejantes aunque

algo mayor el de la primera.

Estos hechos revelaban una vez más, un mayor desorden cristalino, en las

estructuras de las muestras P1, P2 y M1. Y todo lo contrario, en el resto, es decir, en la

P3, M2 y M3, en las cuales se pudieron diferenciar varias formas de aluminatos de

diferentes distancias Al-O.

Zona 4ª: 500-700 cm-1. Simultáneamente a las modificaciones ocurridas en la

región 700-800 cm-1, fue conveniente observar la zona 500-700 cm-1, característica,

principalmente, de vibraciones de las uniones Al-O y Fe-O.

En los espectros de las muestras P3 y M3, se apreció una vez más, una

ordenación cristalina en la estructura originaria de cada muestra, en este caso, la P1 y

M1, respectivamente. Dicha ordenación cristalina se vio reflejada en el hecho de que las

bandas no eran netas, e incluso, con mayor intensidad; desapareciendo las distintas

estructuras que se apreciaban en estas mismas bandas de sus muestras originarias

respectivas, es decir, la P1 y M1, o destacándose más nítidamente aún, aquellas que


estaban esbozadas. Según Tarte [86], la sustitución progresiva de Fe por Al, en

compuestos 2CaO(Al1-x,Fex)2O3, lleva consigo -caso de los valores de x=0,50-033- la

aparición o aumento de absorción en la banda hacia 580 cm-1, juntamente con la

aparición de la banda hacia 580 cm-1 y aumento de absorción hacia 450 cm-1, como

podía ser el caso de la hornblenda. De acuerdo con esta idea, cabría pensar que en las

muestras finales de cada familia, es decir, la P3 y la M3, e incluso quizás la M2, podía

haberse producido el fenómeno anterior. Ya que en sus espectros aparecían las bandas

netas a 792, 777, 582 y 457 cm-1. Paralelamente se observó también el aumento de

absorción en la banda 582 cm-1 que se atribuyó a oscilaciones SiIV-O-AlVI y cuyo

significado era el aumento de enlaces entre la capa tetraédrica y la octaédrica de los

compuestos minerales implicados. Lo que viene a suponer en definitiva, mayor orden

estructural.

Zona 5ª: 400-500 cm-1. En esta zona surgieron una serie de bandas en las que

intervienen conjuntamente vibraciones Si-O,Al-O (AlO6),Fe-O(FeO6), etc.

Desde el punto de vista de su contenido mineralógico, a continuación se

relacionarán los espectros de cada una de las muestras con las especies determinadas

mediante los ensayos anteriores. Existen interacciones entre las bandas de absorción de

compuestos cristalinos, de este modo y según Farmer [87], el estiramiento de la banda

entre 1000 y 1150 cm-1, era debido a la presencia de cuatro o cinco componentes

cristalinos en la muestra analizada.

Todo esto se deberá confirmar mediante la interpretación de los espectros desde

el punto de vista mineralógico en las muestras P2, P3, M2 y M3, por tener éstas que

mayores contenidos cristalinos. Por todo ello, el espectro infrarrojo de estas muestras

deberán asimilarse al espectro infrarrojo de los cristales fundamentales comunes a su

composición. Las especies cristalinas son las plagioclasas - albita, andesita, bytownita y

anortita -, el cuarzo, la hornblenda y la biotita, cuyas características, a efectos de este

análisis de FTIR, son las siguientes:

− Plagioclasas: Debido a que son feldespatos Na-Ca que forman series

discontinuas isomorfas que van desde la albita = Na(AlSi3O8) a la anortita =

Ca(Al2Si2O8), por sustitución de Na y Si, por Ca y Al, respectivamente. Además,

normalmente contienen algo de K(AlSi3O8). Según todo ello, estos minerales

suelen mostrar variaciones de intensidad y posición de las bandas de absorción,

según sea el compuesto predominante. Estas variaciones han sido puestas de


manifiesto por varios especialistas y suelen producirse particularmente en la

zona de 650-500 cm-1. Así, el cambio de una aguda banda desde 648 cm-1 en

anortita, fue suficiente para Thomson y Wadsmortle [85], para sugerir su

empleo cuantitativo una vez se realizara previamente la determinación de la

composición química. Pues esta banda proporciona la relación entre tales

frecuencias en cm-1, la cual según tales autores, es un fiel reflejo de la

"silicon/aluminium ratio". Finalmente se ha de recordar que pequeñas

cantidades de plagioclasa no pueden ser detectadas mediante el análisis FTIR, y

si únicamente mediante DRX. De tales feldespatos, las bandas características

son las siguientes: Albita: 1004-990 cm-1 (VS) y 650-45 (S,Sh); Andesita: 1030-

20; 1005 y 585-80 cm-1 (VS) y 750-41,633-32 y 543-37 cm-1 (S); Bytownita: 931-

25 cm-1 (VS), 1027-10, 730, 628-20, 582-73, 542-38 y 425-07 cm-1 (S); Anortita

(An): 926 cm-1 (VS) y 1160-35 cm-1 (S).

− Cuarzo: Respecto a la presencia del cuarzo-α -de origen pseudomórfico a baja

temperatura a partir del cuarzo-β volcánico- se pudo decir lo siguiente: de las

seis muestras analizadas, tan solo la P3, M2 y M3 presentan un espectro FTIR

en el que aparecían bandas características del cuarzo-α, cuyo grado de nitidez

aumentaba en dicho orden; Señal inequívoca, una vez más, de que tales

muestras poseían mayores fracciones cristalinas, también en dicho orden, que el

resto. Tal era al caso de las bandas en 1076,01 y 1087,65 cm-1, respectivamente,

por un lado, y 694,24 cm-1, por otro, las cuales se encontraban solapadas por las

correspondientes de la albita y anortita, principalmente, ocurriendo otro tanto,

con la del doblete 805-796 cm-1 y la banda 785-775 cm-1, solapadas por la albita

y la bytownita, principalmente, y con la banda 462-450 cm-1, solapada por la

hornblenda (magnesio-hornblenda), principalmente.

− Hornblenda -anfíboles-: La estructura de los anfíboles consiste en dobles

cadenas de tetraedros de sílice unidas por bandas o tiras de (Si4O11)-6 cuyas

cargas negativas se encuentran compensadas por los cationes Na, K, Ca, Mg, Fe,

y algún OH enlazado por Mg y Fe. De todos ellos, se centró la atención en la

hornblenda cuyas bandas más características son las siguientes: 465-62 cm-1

(VS) y 1100-1080, 986-80 y 955-30 (doblete) y 510-05 cm-1 (S). Estas bandas se

deben encontrar solapadas por las bandas más intensas de algunos de los

minerales implicados.


− Biotita: Este primitivo mineral micáceo, rico en Fe y Mg, sufre por

meteorización, la oxidación de Fe2+ a Fe3+, mientras que el Al de la illita

trioctaédrica, se "silifica". Con lo que las capas pueden expandir como lo hace la

muscovita y la illita. Lamentablemente no es posible distinguir mediante la

espectroscopía infrarroja, la forma expandida de la no expandida. De la biotita,

la banda más característica es la siguiente: 1023-988 cm-1 (S), que al igual que la

hornblenda, debía estar solapada por las correspondientes del resto de los

minerales implicados.

5.2.- Caracterización de los materiales como adición puzolánica.

5.2.1.- Determinación de la Densidad Real

Mediante el ensayo del volumenómetro de Le Chatelier [64], se obtuvieron los

valores de las densidades reales de las muestras molidas, habiendo mostrado ligeras

diferencias. Así, la diferencia cuantitativa entre las fracciones vítrea y cristalina, así

como de distribución mineralógica de ambas, justifica la correspondiente diferencia

cuantitativa de valores de densidad real obtenidos.

Los valores obtenidos son cercanos a los de las densidades de algunos minerales

contenidos en cada muestra. En las muestras P2, P3, M2 y M3, de menor contenido de

granos con textura vítrea, y por tanto con mayores contenidos de material cristalino,

bien como tal o contenidos en las matrices de textura criptocristalina, porfídica o

microcristalina, los valores de densidades reales obtenidas están comprendidos entre

los valores de las plagioclasas, cuyas densidades reales oscilan entre 2,65 g/cm3 -albita-

y 2,76 g/cm3 -anortita-, y por tanto, también próximos al cuarzo que es de 2,65 g/cm3

Sin embargo han sido muy inferiores a los de los minerales hornblenda y biotita,

comprendidas entre 2,9 y 3,4 g/cm3, para el primero, y 2,8 y 3,2 g/cm3, para el segundo

[26].

Por último, el menor valor de la densidad real de la muestra P1 se debe a su

elevado contenido de granos con textura vítrea, que se caracteriza por un gran desorden

atómico, produciendo estructuras expandidas frente a un compuesto cristalino de la

misma composición.


Tabla 19.- Densidades reales de las seis muestras

Muestras Densidad real

[g/cm3]

P1 2,60

P2 2,67

P3 2,68

M1 2,65

M2 2,68

M3 2,71

5.2.2.- Determinación del contenido de sílice reactiva -SiO2r--

De los resultados obtenidos de la determinación del factor hidráulico sílice

reactiva, SiO2r-, mediante el método analítico objeto de la norma UNE 80-225-93 [62], se

desprende que en ningún caso las muestras habían superado la especificación química en

torno al contenido mínimo del 25% para poder considerarlas como adiciones puzolánicas,

según la Instrucción RC-03 [23] y la norma UNE-EN 197-1:2000 [11]. Lo que las invalida

a todas para preparar cementos en la Unión Europea, más no en cambio las invalida para

la preparación de hormigones y morteros, aunque ulteriores análisis y ensayos específicos

de estos materiales deberían confirmar este extremo. Los resultados obtenidos son los que

se muestran en la Tabla 20, en la que se muestra de nuevo el contenido de SiO2

determinado del análisis químico y el porcentaje que sobre éste representa el contenido de

sílice reactiva.

Tabla 20.- Contenido de sílice reactiva

P1 P2 P3 M1 M2 M3

SiO2- [%] 63.80 64.10 63.70 62.30 66.50 65.10

SiO2r- [%] 21.70 16.59 4.50 16.76 9.26 0.00

Porcentaje 34.01 25.88 7.06 26.90 13.92 0.00

Dejando a un lado las especificaciones normativas, se puede decir que los valores

obtenidos estuvieron íntimamente relacionados con la parte vítrea, así como del tipo de

textura, que posee cada muestra. De aquí que las muestras con mayor contenido de esta

fracción, y en ellas en la que predominaban las texturas vítreas y en menor medida la


criptocristalina, hubieran mostrado un mayor valor de este parámetro químico, lo que se

traduce directamente en una posible mayor reactividad o acción puzolánica.

Todo lo anterior verifica una vez más el menor tiempo de molienda de aquellas

muestras que contenían en mayor proporción sílice reactiva, así como los menores

valores de densidad real, por el ya explicado desorden estructural de la fracción vítrea.

También cabe resaltar el orden en contenido de dicho parámetro y su comparación con

el determinado mediante la “evaluación cuantitativa del fondo”, donde se obtuvo una

similar tendencia, lo que verifica la relación entre el parámetro de sílice reactiva y el

contenido de material no difractante, que en el caso de esta investigación se trata

mayormente de material vítreo.

De nuevo, ateniendo a este parámetro únicamente, se puede clasificar el grado

de reacción de dichos materiales según aparece en la Tabla 21. Se aprecia claramente

cómo los mayores contenidos de SiO2r- se encuentran en aquellas muestras

provenientes de la molienda de las rocas volcánicas con un mayor tamaño de grano, lo

cual se justifica por el mayor contenido de matriz con textura vítrea de estas muestras,

frente a las de menor, eminentemente cristalinas. De ambas, familias las P han

mostrado un mayor contenido.

Tabla 21.- Grado de reactividad en función de su contenido de sílice reactiva

+ -

P1 M1 - P2 M2 P3 M3

5.2.3.- Ensayo de puzolanicidad o ensayo de Frattini

La actividad puzolánica fue evaluada a los cementos de mezcla P-1/”Z” 70/30, a las

edades de 7 y 28 días, de acuerdo a la norma EN 196-5:1994 [24]. De los resultados

obtenidos se puede decir que todas las muestras ensayadas verificaron su actividad

mediante este ensayo, a las edades siguientes:

− a 7 días: las muestras P1, P2, P3 y M1;

− a 28 días: las muestras M2 y M3;

lo cual se ha representado convenientemente en el diagrama de la Fig. 30.


Figura 30.- Resultados del ensayo de puzolanicidad

Aceptando que los valores de alcalinidad total -I[mM/l]- obtenidos en cada caso,

resultaron ser de tal magnitud que pueden considerarse equivalentes, así como los

coeficientes que con ellos se calcula tras haberles aplicado al fórmula del extinto Pliego

español de cementos PCCH-64 [58], por el cual se debía cumplir una desigualdad, que se

recordará era: CaO < [360/I - 15], se pudo clasificar a las seis muestras en función de su

contenido de CaO [mM/l] de la fase líquida de sus cementos de mezcla a las edades de 7 y

28 días, de modo que se obtiene las clasificaciones de la Tabla 22.

De esto, se pudo afirmar como la clasificación para cada edad coincidió a rasgos

generales, con las establecidas mediante análisis petrográfico, difracción de Rayos X y

contenido de sílice reactiva. Si bien, de este último parámetro químico y debido a haber

obtenido un resultado positivo de todas las muestras en el referido ensayo de

puzolanicidad, se debe comentar que con estos resultados se demuestra el

infundamentado poder de aceptación o rechazo del parámetro “contenido de sílice


reactiva” de una adición puzolánica para la preparación de cementos, y no en cambio,

para fabricar morteros y hormigones. Aquí se pone de manifiesto una vez más, la

necesidad de disponer de un método químico para la determinación del “contenido de

alúmina reactiva, Al2O3r-“ de una adición puzolánica, tal y como se citó en la

Introducción, dada su indudable mayor influencia en todos los parámetros que se

consideren, y sobre todo, en la durabilidad en su sentido más amplio, y por tanto, su

mayor poder de selección que el de la sílice reactiva. Pues además en la actualidad sólo se

disponen de ensayos físicos para predecir su comportamiento ante el ataque del yeso y

subsidiariamente, ante el resto de los medios, ya fueren éstos agresivos -cloruros, agua de

mar, carbonatación, reacción árido-álcali, etc-, o no [17, 20-22]. Este hecho es much0 más

evidente con la actividad puzolánica manifestada por la muestra M3, en la que su

contenido de SiO2r- resultó ser igual a 0.0%. Por último a este respecto cabe decir que el

contenido de Al2O3 de todas las muestras estaba comprendido entre 16.50 y 17.90%, del

cual no se ha podido determinar, como para el caso de SiO2, su porcentaje de Al2O3r- por

no haber sido puesto a punto aún, el método químico para determinarla al ser objeto de la

Tesis Doctoral de R. Lannegrand [61] aún en fase de realización.

Tabla 22.- Grado de reactividad en función del contenido de CaO [mM/l] según el ensayo de Frattini

Edad + Grado de reactividad -

P1 M1 P2 P3 M2 M3 7 días

3.6 4.1 4.3 6.3 7.3 7.8

P1 P2 M1 M2 P3 M3 28 días

2.3 2.8 2.9 3.8 4.2 5.9

Se debe también comentar que la fijación de cal de hidrólisis a las edades de 7 y 28

días, por la muestra P1 especialmente, resultó ser prácticamente más del doble, de la

fijada por las muestras M2 y M3. En general, la evolución en los valores de alcalinidad a lo

largo del ensayo -de 7 a 28 días- fue similar en todas las muestras, aunque para el caso de

las muestras que cumplieron el ensayo únicamente a 28 días, fue de mucho menor valor

absoluto. Lo que debe explicarse en función de su distinta capacidad de cambio, en base a

dos razones:

− la primera, que sus contenidos de Na2O eq. fueran inferiores a las del resto, o


− la segunda, que ambas posean mayor fracción cristalina que las demás lo que

imposibilita la liberación de los cationes alcalinos, impidiendo así la capacidad de

cambio.

De su análisis químico se obtuvo que los contenidos de Na2O eq. para M2 y M3

eran intermedios a los obtenidos para las otras muestras, lo que hace pensar que el hecho

se debió a la segunda razón, el cual había sido verificado previamente mediante los

análisis petrográfico, de DRX y FTIR, y además evidenciado, mediante el comportamiento

a la molienda y mediante los resultados de densidad real entre otros.

Por último y, de acuerdo con todo lo anterior, se tiene que este ensayo resultó

determinante, más nunca concluyente, para poder llegar a considerar a estos materiales

como adiciones puzolánicas. Ya que está en desacuerdo con el contenido de SiO2r-, por lo

que habrá que tener en cuenta además y sobre todo, los parámetros de resistencias

mecánicas a compresión e índices de actividad resistente, sin menoscabo que sus

cementos de mezcla cumplan con las especificaciones de tiempo de fraguado y

estabilidad de volumen.


volumen.

Estos ensayos, se realizaron de acuerdo a la norma EN 196-3:1994 [66]. Que

como se recordará consiste en determinar en primer lugar la cantidad de agua de

consistencia normal, seguido de la determinación del principio y fin de fraguado y por

último de la comprobación de su estabilidad de volumen mediante las Agujas de Le

Chatelier.

Nuevamente la aplicación de la norma se realizó sobre los cementos de mezcla

P-1/”Z” 70/30, de modo que los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 23,

donde además se incluyen los obtenidos para el cemento de referencia P-1.

Así y de acuerdo con los resultados experimentales obtenidos de la cantidad de

agua de consistencia normal, se pudo clasificar en función de este parámetro a las

muestras de los seis cementos de mezcla, del siguiente modo: P1 > M1 > P2 > P3 = M2

> M3. De esta clasificación se debe comentar que si se realiza una comparación con los

resultados del análisis petrográfico, esta tendencia queda totalmente justificada por la


mayor porosidad intrínseca de la fracción vítrea sobre la cristalina, así como la

diferente distribución de estas fracciones que poseía cada muestra.

Tabla 23.- Resultados de la cantidad de agua de consistencia normal, principio y fin de fraguado y de la

estabilidad de volumen.

Fraguado

[horas : minutos] Muestra

Agua de consistencia normal

[%]

Estabilidad de volumen

Agujas de Le Chatelier

[mm]

Principio Fin Tiempo

P-1 27.4 0.30 3:05 4:25 1:20

P-1/P1 27.2 0.00 3:05 3:55 0:50

P-1/P2 26.6 0.00 3:15 4:25 1:10

P-1/P3 26.4 0.00 3:20 4:35 1:15

P-1/M1 26.8 0.00 3:30 4:45 1:15

P-1/M2 26.4 0.70 3:30 4:50 1:20

P-1/M3 26.2 0.30 3:20 4:25 1:05

Del mismo modo, de los resultados de la determinación de los tiempos de

fraguado, se debe decir que los cementos de mezcla, P-1/”Z” 70/30, preparados a partir

de las seis muestras, cumplieron sobradamente con las especificaciones

correspondientes que al efecto establece la Instrucción RC-03 [23] para este tipo de

cementos, independientemente de la categoría mecánico-resistente que poseyeran, que

entre otros parámetros, les serán determinados más adelante. Las citadas

especificaciones son las siguientes:

− Principio de fraguado:

> 75 minutos -categoría mecánico-resistente 32.5-



− Fin de fraguado: < 12 horas

Como comentario, únicamente destacar que tan sólo la muestra que mayor

contenido de matriz con textura vítrea poseía, y por tanto mayor porosidad, y mayor

actividad puzolánica había mostrado, en el ensayo de Frattini, era, la P1 en este caso,


siendo la que acortó el tiempo de fraguado del cemento Portland de referencia P-1 por

separado, merced a que el principio de fraguado lo había mantenido, y el final de

fraguado acortado en media hora. En cambio, el resto de la muestras lo mantuvieron

prácticamente igual.

La razón debió ser una vez más, la mayor porosidad intrínseca de la muestra P1

sobre las demás, que habría facilitado, por succión capilar, a la vez que por la dilución

física del cemento de referencia, una mayor y más rápida hidratación de la unidad de

masa de la respectiva fracción de cemento Portland P-1 con la que se mezcló, fruto de la

denominada estimulación de la hidratación por “vía directa” Rahhal y Talero [49-55]. Y

por consiguiente, un acortamiento del final de fraguado y del tiempo de fraguado en

suma, de la misma, y en consecuencia, del cemento de mezcla correspondiente.

Por último, según los resultados experimentales obtenidos de la determinación de

la estabilidad de volumen mediante las Agujas de Le Chatelier, todas las muestras se

pudieron definir como estables, pues en ningún caso superaron la especificación

correspondiente de este parámetro situado en 10 mm [23].

No obstante y a pesar de lo anterior, se ha de destacar de este ensayo que, las dos

muestras que habían mostrado menor actividad puzolánica, según el ensayo de Frattini, y

contenían mayor fracción cristalina, en especial la M2, fueron las que mostraron alguna

expansión, siendo en el caso de M3 igual a la del cemento de referencia. En los demás

casos se aumentó la estabilidad. La razón exacta de esa ligera y sin importancia diferencia

de comportamiento de ambas muestras en este ensayo, se debió a su mayor cristalinidad

que causa que las reacciones puzolánicas se produzcan una vez ha endurecido la pasta de

cemento, lo que unido al contenido de alcalinos que poseen, podrían haber llegado a

producir algunos productos de hidratación ligeramente expansivos.

5.2.5.- Demanda de agua relativa. Determinación de las resistencias

mecánicas a compresión. Índice de actividad resistente.

Para determinar estos parámetros se siguió el procedimiento que figura en la

norma EN 450-1:2005 [67] aplicada al mortero normalizado fabricado con el cemento de

referencia P-1 y los correspondientes cementos de mezcla P-1/”Z” 70/30. Los resultados

de demanda de agua relativa, de resistencias mecánicas a compresión y del índice de

actividad resistente se muestran en la Tabla 24.


La norma establece que el porcentaje máximo relativo a la mezcla de referencia

debe ser 100, por lo que se puede decir que las seis muestras se encontraban

prácticamente al límite para cumplirlo, ya que tres de ellas lo cumplían, la M2, P1 y M3,

por tan sólo un 1.2%, un 0.7% y un 0% respectivamente, el resto, no, aunque también por

un muy escaso margen de 0.8%. No obstante, los resultados así obtenidos pueden

considerarse como válidos, pues se ha de recordar que esta normativa es aplicable a las

cenizas volantes, más no a las puzolanas naturales, y que para este parámetro y para las

propias puzolanas, existe una especificación del 115% para el caso de la norma ASTM C

618-94a [79], lo que se ha debido de tener en cuenta, tal y como se explicó en el apartado

4.8.6.

Tabla 24.- Resultados de demanda de agua, resistencias mecánicas a compresión -RMC- y del índice de

actividad resistente -IAR-

RMC [MPa]

Edad [días]

IAR [%]

Edad [días] Muestra

Demanda de agua del

mortero 28 90 28 90

P-1 - 45.4 50.6 - -

P-1/P1 99.3 37.8 45.0 83.26 89.00

P-1/P2 100.8 35.1 44.1 77.31 87,.1

P-1/P3 100.8 32.3 37.8 71.15 74.75

P-1/M1 100.8 35.3 41.6 77.75 82.86

P-1/M2 98.8 34.2 37.5 75.33 74.16

P-1/M3 100 32.5 34.6 71.59 68.42

De las resistencias mecánicas a compresión obtenidas se puede afirmar cómo la

clasificación mecánico-resistente de los morteros normalizados a partir de los cementos

de mezcla referidos, se hallan en total correspondencia con los comportamientos

derivados y vaticinados de los análisis y ensayos anteriores, habiendo sido la muestra P1 la

que mejor comportamiento ha mostrado. Todo ello se explicará con más detalle junto al

comentario de los Índices de actividad resistentes.

Tomando las resistencias mecánicas a compresión obtenidas a 28 días, RMC28d, se

tiene que ha quedado confirmado que el cemento Portland de referencia P-1 se trataba en

realidad de un CEM I de categoría 42.5 ya que su RMC28d = 45.4 ha sido mayor que 42.5


MPa [23]. De los seis cementos de mezcla, todos a excepción del preparado con la muestra

P3, han podido ser clasificados como de categoría resistente 32.5 MPa, aunque el de M3 se

encuentra en el límite. De ello se tiene que sea cual sea la muestra considerada, el cemento

Portland de referencia P-1 ha sido “descendido de categoría” mecánico-resistente, de

manera apreciable y notable incluso, pudiéndose afirmar también que en ningún caso, las

muestras se han comportado como materiales “inertes” absolutos.

A la vista de los resultados obtenidos del índice de actividad resistente, IARxd, se

podría realizar la clasificación mecánico-resistente de las seis muestras así ensayadas a las

diferentes edades, de ensayo del siguiente modo:

Tabla 25.- Clasificación en función de su comportamiento mecánico-resistente

Edad + Comportamiento mecánico-resistente -

28 días P1 M1 P2 M2 M3 P3

90 días P1 P2 M1 P3 M2 M3

En la norma EN 450-1:2005 [67] se establece que el IAR a 28 días y 90 días no

debe ser inferior al 75% y al 85% respectivamente, lo que hace que si las muestras

estudiadas fueran cenizas volantes, tan sólo dos, la P1 y P2, pudieran considerarse como

adición puzolánica, y en este caso puzolana natural. Pues independientemente que hayan

verificado su actividad puzolánica a los 7 o 28 días, según sea el caso, en el ensayo de

Frattini, se tiene de:

− IAR28d, lo han superado las muestras P1, P2, M1 y M2;

− IAR90d, lo han superado únicamente P1 y P2;

es decir, tan sólo P1 y P2 manifiestan la reacción puzolánica suficiente con el cemento

Portland P-1 como para que sus prestaciones mecánico-resistentes sean calificadas de

aceptables.

5.3.- Consideraciones finales en función de todos los resultados

obtenidos.

Para la realización de una interpretación global de todos los análisis y ensayos

realizados, se hace imprescindible la presentación de la Tabla 25, donde se muestra un


resumen de todas las clasificaciones de grado de puzolanicidad y comportamiento

mecánico-resistente que se han realizado, todas traducidas a “idoneidad” puzolánica.

En esta Tabla 26 se puede observar, como todos los análisis realizados

establecían que la muestra P1 debería ser la que más probablemente podría

denominarse puzolana natural, y todo lo contrario, para la muestra M3. En todos los

casos, las muestras correspondientes a las fracciones granulométricas mayores en su

clasificación mostraron un mejor comportamiento que sus respectivas de menor

tamaño. Por lo general, también se tuvo un mejor comportamiento de las muestras P

sobre sus análogas M. También se debe mencionar la igualdad casi permanente en las

muestras P2 y M1, que hizo que en los diferentes análisis y ensayos quedaran

clasificados de modo alternativo, no siendo hasta el último ensayo de determinación del

IAR90d, cuando se ha obtenido que finalmente la P2 posee mejores propiedades de cara

a su catalogación como puzolana natural que la M1.

Tabla 26.- Cuadro resumen de la clasificación obtenida de “idoneidad” puzolánica

ANÁLISIS + “Idoneidad” puzolánica -

Análisis petrográfico P1 P2 M1 M2 P3 M3

Difracción de Rayos X P1 M1 P2 P3 - M2 M3

Comportamiento frente a la molienda P1 P2 M1 - M2 P3 M3

Sílice reactiva, SiO2r- P1 M1 - P2 M2 P3 M3

7 días P1 M1 P2 P3 M2 M3 Frattini

28 días P1 P2 M1 M2 P3 M3

28 días P1 M1 P2 M2 M3 P3 IAR

90 días P1 P2 M1 P3 M2 M3

De los ensayos en sí, destacar como el del contenido de sílice reactiva, no se

encuentra de acuerdo con la clasificación final del IAR90d, lo que hace que una vez más

se ponga de manifiesto su inadecuado poder de selección -aceptación o rechazo-, por lo

que se tendrá en cuenta a la hora de establecer finalmente qué muestras se

considerarán adiciones puzolánicas, y cuales, no. Por otro lado, los resultados

obtenidos de IAR, parecen ser conjugación de los obtenidos tanto a 7 como a 28 días

del ensayo de Frattini, a excepción de la muestra P3, relacionándose el ensayo de

Frattini a 7 días con el IAR28d y el ensayo de Frattini a 28 días con el de IAR90d.


En conjunto, la aplicación de todas las técnicas analíticas utilizadas han puesto

de manifiesto:

− por un lado, que no existe un método único para validar o no los posibles

materiales puzolánicos;

− por otro, que existe la necesidad de desarrollar nuevos procedimientos

desde el punto de vista químico, por ejemplo, el de determinación del

contenido de alúmina reactiva, Al2O3r-, que sirva para clasificar más y

mejor estos materiales, de cara a la relación con su comportamiento

mecánico-resistente y durable;

Concretando, la aptitud de las diferentes muestras para su empleo como adición

puzolánica es únicamente propia de las muestras P1 y P2, para lo que una vez más se ha

de decir que no se ha tenido en cuenta el parámetro sílice reactiva. Lo que se traduce

en que solamente se podrán emplear en el yacimiento en Payandé, Colombia, aquellas

fracciones granulométricas de la zona “pumítica”, superiores al tamaño de 1,19 mm,

bien por separado o todo en una muestra, pues a buen seguro se cumplirá todo lo que

se ha realizado en este estudio. Además, decir finalmente de estos dos materiales que su

aptitud se restringe a las proporciones de los cementos de mezcla P-1/”Z” 70/30 de este

estudio, e inferiores, lo que asegura el cumplimiento de todo lo anterior.

Finalmente y por ser muy breves, las recomendaciones se expondrán aquí

mismo y son las siguientes. Es conveniente que se realice únicamente a estas dos

muestras, como se ha dicho, juntas o separadas, los correspondientes estudios de su

influencia en la durabilidad que le puedan llegar a conferir a los hormigones, morteros

y pastas de cemento de los que formen parte.

6.- CONCLUSIONES

6.- Conclusiones | 129

En base a los resultados experimentales obtenidos, su análisis, estudio,

discusión, interpretación y/o comentarios, las conclusiones que se han obtenido son las

siguientes:

1. Independientemente del contenido de “sílice reactiva”, sólo las muestras P1 y P2

han podido ser consideradas adiciones puzolánicas y denominadas puzolanas

naturales, el resto, no tanto; puesto que según la norma norteamericana

ASTM C 618-94b, -al igual que la EN 450-1:2005, si de cenizas volantes se

trataran-, y a través de los cementos de mezcla correspondientes, P-1/”Z” 70/30

preparados y ensayados al efecto, han demostrado poseer en el orden P1 a P2, una

mayor actividad puzolánica y mecánico-resistente además de química, que el

resto, en función de sus características petrológicas, -sobre todo texturales y

mineralógicas- apuntadas previamente mediante las técnicas analíticas de Análisis

petrográfico, Difracción de Rayos X, y Espectroscopía infrarroja por

transformada de Fourier, FTIR, principalmente. Del resto, únicamente reseñar

que si el Índice de actividad resistente, IAR90d, hubiera sido el parámetro

determinante, las muestras M1 y M2 habrían podido ser también adiciones

puzolánicas y ser denominadas puzolanas naturales.

2. El análisis petrográfico ha sido una técnica analítica muy interesante al haber

permitido diferenciar y clasificar las seis muestras estudiadas al haberles adscrito


una mayor o menor posibilidad de ser consideradas adiciones puzolánicas, si bien,

no lo suficiente como para poder basar en sus resultados los criterios

fundamentales de su puzolanicidad, y por ende, de su aceptación o rechazo.

3. Otro tanto se puede decir de los resultados de los tiempos de molienda empleados

sólo que corregido y aumentado. Ya que la necesidad de su verificación mediante

otras técnicas y métodos analíticos se hizo más patente todavía. Además, de los

citados tiempos de molienda, las más adecuadas de las seis muestras resultaron

ser las dos únicas que han podido ser consideradas puzolanas naturales, es decir,

la P1 y P2, lo cual es favorable económicamente de cara a su introducción en el

proceso de fabricación de cemento.

4. El método de “determinación cuantitativa del fondo”, aplicado por vez primera

para la evaluación comparativa del material no difractante, ha demostrado ser de

gran utilidad para determinar a priori cual de ellas, en función del contenido de

este material, es decir, el material vítreo y/o amorfo, mostrará una más rápida

actividad puzolánica.

5. La técnica analítica, Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier,

FTIR, ha demostrado por igual ser de gran utilidad en la caracterización de

materiales con distinto contenido de material amorfo. Así se obtuvo con esta

técnica analítica, que un aumento en la cantidad de material amorfo provoca la

desaparición de la banda neta de adsorción comprendida entre las longitudes de

onda 1100-1200 cm-1, lo cual había quedado también justificado mediante los

resultados de otras técnicas analíticas.

6. Los resultados del ensayo de Frattini han mostrado una mayor relación directa con

los de resistencias mecánicas a compresión e Índices de actividad resistente a 28

y 90 días, que son los determinantes en definitiva para su aceptación o rechazo, y

en especial, el de 28 días. En cambio, los de “sílice reactiva”, no.

7.- BIBLIOGRAFÍA

7.- Bibliografía | 133

[1].- D. Wildung: “Egipto, de la prehistoria a los romanos”. Ed. Taschen GMBH,

Colonia, 2001.

[2].- F. Lara: “Historia de la Humanidad 3: Mesopotamia”. Ed. Arlanza, Madrid,

2000.

[3].- H. Demeude, P. Roy: “Israel”. Ed. Taschen GMBH, Colonia, 2001.

[4].- H. Stierlin: “Los mayas, palacios y pirámides de la selva virgen”. Ed. Taschen

GMBH, Colonia, 2001.

[5].- C. Fernández: “Acueductos romanos en España”.Publicaciones del Instituto de

Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja - Consejo Superior de Investigaciones

Científicas, 1972.

[6].- R. H. Bogue: “The Chemistry of Portland Cement” The Maple Press Company,

1947.

[7].- F. M. Lea, C. H. Desch: “The Cemistry of Cement and Concrete” Edward Arnold

Ltd., Londres, 1956.


[8].- M. Bussagli: “Comprender la arquitectura”. Atlas ilustruado, Ed. Susaeta,

Madrid, 2001.

[9].- “Vitruvio: Los diez libros de arquitectura”. Traducción de Agustín Blánquez. Ed.

Col. Obras Maestras. Iberia. Madrid, 1982.

[10].- A. Sepulcro Aguilar, 2005. “Influencia de las Adiciones Puzolánicas en los

morteros de restauración de fábricas de interés histórico-artístico”, Tesis Doctoral -

Escuela Técnica Superior de Arquitectura, Universidad Politécnica de Madrid.

[11].- Norma EN 197-1, 2000: “Cemento: Composición, especificaciones y criterios de

conformidad para cementos comunes”.- AENOR. C/ Génova, nº 6, 28004 MADRID.

[12].- H. F. W. Taylor: “Chemistry Cement” Academic Press Inc. San Diego, 1990.

[13].- N. C. Schieltz: "The interpretation of X-Ray patterns of pozzolans". Symp. Use

Pozz. Mater. Mort. Concr. ASTM Special Tech. Publ. nº 99, 127 - 130, 1950.

[14].- S. Diamond: "On glasses present in law-calcium and high-calcium fly ashes".

Cemn. Concr. Res. Vol.13 (4), 459 - 464, 1983.

[15].- P. K. Mehta: "Mineral admixtures". Concrete Admixtures handbook, Notes

Publication, Park Ridge, N.J.303, 1984.

[16].- R. Talero: "Qualitative Analysis of Natural Pozzolans, Fly Ashes and Blast

Furnace Slags", Journal of Materials in Civil Engineering. Vol.2, nº 2, may. 1990.

[17].- R. Talero Morales, 1986. “Contribución al Estudio Analítico y Físico-Químico

del Sistema: Cementos Puzolánicos-Yeso-Agua (a 20 ± 2 °C)”, Tesis Doctoral - Facultad

de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid.

[18].- J. Calavera: “Patología de Estructuras de Hormigón Armado y Pretensado,

Tomo I” INTEMAC, pp. 44-49, 1996.

[19].- J. Calleja. “Las Puzolanas” Revista ION, Vol. XXIX pp. 81-90, 154-160, 623-638,

700-713, 1968.


[20].- R. Mejía Gutiérrez, 1997. “Contribución al estudio analítico y físico-químico del

sistema cementos Portland-puzolanas y escoria siderúrgica-cloruros y agua”, Escuela

Técnica Superior de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos, Universidad Politécnica

de Madrid, Tesis Doctoral.

[21].- M. P. Martín Luengo, 1997. “Contribución al análisis y estudio del

comportamiento en Resistencias Sulfáticas y Mecánicas de algunos componentes

cristalinos y amorfos de las Cenizas Volantes”, Escuela Técnica Superior de Ingenieros

de Caminos Canales y Puertos, Universidad Politécnica de Madrid, Tesis Doctoral.

[22].- V. F. Rahhal, 2002. “Caracterización de las adiciones puzolánicas por

calorimetría de conducción”, Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos

Canales y Puertos, Universidad Politécnica de Madrid, Tesis Doctoral.

[23].- Instrucción para la Recepción de Cementos RC-03 (R.D. 1797/2003 de 26 de

diciembre; BOE nº 14 del 16 de enero de 2004).

[24].- Norma UNE-EN 196-5: Métodos de ensayo de cementos. Parte 5: Ensayo de

puzolanicidad para cementos puzolánicos.- AENOR.

[25].- Norma UNE-EN 196-1: Métodos de ensayo de cementos. Parte 1: Determinación

de resistencias mecánicas.- AENOR.

[26].- F. Bastida: “Geología. Una visión moderna de las Ciencias de la Tierra” Vol I.

Ed. Trea. Gijón, 2005.

[27].- W. Maresch, O. Medenbach, H. D. Trochim: “Gesteine”. Ed. Mosaik Verlag,

Munich, 1987.

[28].- J.C. Melgarejo: “Atlas de asociaciones minerales en lámina delgada” Ed. UB -

Publicaciones de la Universitat de Barcelona. Barcelona, 2003.

[29].- A. M. Neville: “Properties of Concrete” Longman Group Limited, 4ª Ed.,

Londres, 1995.

[30].- S. Mindess, J. Young: “Concrete” Prentice Hall Inc., 1981.


[31].- M. Chen, Z. Shi: “Rate of ettringite formation from calcium aluminoferritte

hydration” X Congreso Internacional de Química del Cemento. II, pp. 8 1997.

[32].- S. L. Sarkar: “Effect of Blaine Fineness Reversal on Strength and Hydration of

Cement” Cement and Concrete Research. Vol. 20 (3) 398-406, 1990.

[33].- A. Usherov-Marshak: “Calorimetric analysis in the chemistry of cement” X

Congreso Internacional de Química del Cemento. III, 1997.

[34].- Ushiyama, Shigetomi e Inoue: “Effect of gypsum on the hydration of alite and

belite” X Congreso Internacional de Química del Cemento. II, 1997.

[35].- R. Talero Morales: “Patologías y terapias preventivas del hormigón: II. La

“capacidad de cambio” de las adiciones puzolánicas (puzolanas naturales, cenizas

volantes, arcillas activadas y similares): ¿Patología o terapia para su hormigón en masa

o armado correspondiente?” Monografía N° 406, Instituto de Ciencias de la

Construcción Eduardo Torroja. Consejo Superior de Investigaciones Científicas, 1991.

[36].- M. P. Luxán: “Estudio de las puzolanas de origen volcánico mediante

espectroscopía de absorción infrarroja” Cuadernos de Investigación, Instituto Eduardo

Torroja. N° 32, pp. 5-21, 1976.

[37].- K. Takemoto, H. Uchikawa: “Hydratation des ciments pouzzolaniques” VII

Congreso Internacional de Química del Cemento. IV, 1980.

[38].- H. Uchikawa. “Influence of pozzolana on the hydration of C3A” VII Congreso

Internacional de Química del Cemento. IV, 1980,

[39].- P. K. Mehta. “Pozzolanic and Cementitious Byproducts as Mineral Admixtures

for Concrete - A Critical Review” Fly Ash, Silica Fume, Slag & Other Mineral By

Products in Concrete. ACI SP 79-1, pp. 1-46, 1983.

[40].- Mullick, Babu y Bhaskara Rao. “Evaluation of pozzolanic activity and its impact

on specification of blended cements” VIII Congreso Internacional de Química del

Cemento. IV, pp. 308-311, 1986.


[41].- M. I. Sánchez de Rojas, M. P. Luxán, M. Frías, I. García. “The Influence of

Different Additions on Portland Cement Hydration Heat” Cement and Concrete

Research. Vol. 23, (1) 46-54, 1993.

[42].- M. J. Shannag, A. Yeginobali: “Properties of Pastes, Mortars and Concretes

Containing Natural Pozzolan” Cement and Concrete Research. Vol. 25 (3) 647-657. ,

1995.

[43].- Ch. Zhang, A. Wang, M. Tang, L. Xiaoyu: “The Filling Role of Pozzolanic

Material” Cement and Concrete Research. Vol. 26 (7). 943-947, 1996.

[44].- E. Liebig, E. Althus: “Pozzolanic Activity of Volcanic Tuff and Suevite: Effects of

Calcination” Cement and Concrete Research. Vol. 28 (4). 567-575, 1998..

[45].- R. Talero: “Capacidad de cambio en las puzolanas: su origen e influencia en el

ensayo de Frattini”. Ciclo de Conferencias sobre las puzolanas naturales, cenizas

volantes y similares en la construcción, cemento y hormigón”. Escuela de Organización

Industrial, 9-11 feb. Madrid, 1988.

[46].- R. Talero: “Durabilidad del hormigón en masa y armado debida a la capacidad

de cambio de las puzolanas”. Curso Seminario sobre la Durabilidad de Estructuras,

Hormigón y Otros Materiales de Construcción. FEUGA, 11-13 abr, 1989.

[47].- R. Talero: “Relación entre la capacidad de cambio de las puzolanas naturales y

las cenizas volantes y la patología o terapia de las estructuras, hormigón y otro

materiales”. Universidad de Alicante, feb-mar, 1990.

[48].- R. Talero: “Patología (o terapia) del hormigón: la capacidad de cambio de las

adiciones puzolánicas”. Ciclo de conferencias sobre aplicaciones, patologías y terapias

de estructuras, hormigón y otros materiales de construcción. Cámara de Comercio de

Zaragoza, 27-28 feb, 1991.

[49].- V. Rahhal, R. Talero: “Effect of three natural pozzolans in Portland cement

hydration”. Materiales de Construcción, Vol. 53, nº 269, pp. 29-40, ene-feb-mar, 2003.


[50].- V. Rahhal, R. Talero: “Calorimetric influence of two crystalline additions on

hydration of Portland cements”. The Journal of the Argentine Chemical Society-Anales

de la AQA, Vol. 91 nº 4/6, 91-101, jul-dec, 2003.

[51].- V. Rahhal, R. Talero. “Influence of two different fly ashes on the hydration of

Portland cements”. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 78, 191-205,

2004.

[52].- V. Rahhal, R. Talero: “Influencia de cenizas volantes sobre la hidratación de

cementos Portland”. Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón, Vol. 4, pp. 9-

17, jun, 2004.

[53].- V. Rahhal, R. Talero: “Early hydration of portland cement with crystalline

mineral additions”. Cement and Concrete Research, Vol. 35 (7) 1285-1291, 2005.

[54].- V. Rahhal, R. Talero, R. Lannegrand, A. Delgado: “Influence of “aluminic”

pozzolanic additions on Portland cement and calorimetry”. Cement and Concrete

Research. Ref. CEMCOM-D-05-00408 - aceptado para publicación.

[55].- V. Rahhal, O. Cabrera, R. Talero, A. Delgado: “Calorimetry of Portland cement

with silica fume and gypsum additions”. ”. Journal of Thermal Analysis and

Calorimetry. Ref. 7324 - en prensa.

[56].- Instrucción para la Recepción de Cementos en España RC-93 (R.D.823/1993 de

28 de mayo; B.O.E. núm. 148, martes 22 de junio de 1993).

[57].- Pliego de Prescripciones Técnicas generales para la recepción de Cementos RC-75

(D.P. 1964/1975 de 23de mayo; B.O.E. núm. 206, 28 de agosto de 1975).

[58].- Pliego General de Condiciones para la Recepción de Conglomerantes Hidráulicos,

PCCH-64 (O.M. del 09-04-64; B.O.E. núm. 109 del 09-05-64 y B.O.E. núm.222 del 15-09-

64).

[59].- Norma UNE 80-118-86. “Métodos de ensayo de cementos: Determinación del

calor de hidratación por calorimetría semi-adiabática”. AENOR.


[60].- Norma ASTM C 593-95.-“Standard Specification for Fly Ash and Other Pozzolans

for Use with Lime”.- Annual Book of ASTM standards: Sec. 4 Construction, Vol. 04.01.

Cement, Lime and Gypsum.

[61].- R. Lannegrand: “Método químico para determiner el contenido de alúmina

reactiva, vítrea o amorfa de las adiciones puzolánicas”.- Tesis Doctoral en fase de

escritura para su próxima lectura oficial.

[62].- Norma UNE 80-225-93.- “Métodos para el ensayo de cementos. Ensayos

Químicos. Determinación del dióxido de silicio reactivo en los cementos, en las puzolanas

y en las cenizas volantes”. AENOR.

[63].- Norma UNE 80-108-88.- “Métodos para el ensayo de cementos. Ensayos Físicos.

Determinación de la finura de molido por tamizado húmedo”. AENOR.

[64].- Norma UNE 80-103-86.- “Métodos para el ensayo de cementos. Ensayos Físicos.

Determinación Densidad real mediante el volumenómetro de Le Chatelier”. AENOR.

[65].- Norma ASTM C 311-94b.- “Standard Test Methods for Sampling and Testing Fly

Ash or Natural Pozzolans for use as a Mineral Admixture in Portland-Cement Concrete”-

Annual Book of ASTM standards: Sec. 4 Construction, Vol. 04.02. Concrete and

Aggregates.

[66].- Norma EN 196-3:1994.- “Método de ensayo de cementos. Parte 3:

Determinación del tiempo de fraguado y de la estabilidad de volumen”. AENOR.

[67].- Norma EN 450-1:2005.- “Cenizas volantes para hormigón. Parte 1:

Definiciones, especificaciones y criterios de conformidad”. AENOR.

[68].- ASTM E 11-70.- “Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing

Purposes” - Annual Book of ASTM standards: Sec. 14. Vol. 14.02.

[69].- “Curso de conservación del patrimonio pétreo” Asociación de Restauradores sin

fronteras. San Sebastián de los Reyes (Madrid), sep. 2005.

[70].- Norma ISO 3310-1:1990.- “Tamices de ensayo. Requisitos técnicos y ensayos.

Parte 1: Tamices de ensayo de malla metálica”. AENOR.


[71].- Norma ASTM C 595-95.-“Standard Specification for Blended Hydraulic

Cements”.- Annual Book of ASTM standards: Sec. 4 Construction, Vol. 04.01. Cement,

Lime and Gypsum. Pp. 291-296.

[72].- S. Ordoñez, J. C. Cañaveras, A. Bernabéu, D. Benavente, 2000. “Introducción a

la Cristalográfía práctica”. Publicaciones de la Universidad de Alicante.

[73].- G. Hill, 2006: “Powder Diffraction: The Rietveld Method and the Two-Stage

Method”. Ed. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Alemania.

[74].- W. I. F. David, K. Shankland, L. B. McCusker, Ch. Baerlocher. “Structure

determination from powder data”. IUCr Monographs on Crystallography, 13. Oxford

University Press.

[75].- “Methods and practices in X-Ray powder difraccion” JCPDS-International

Centre for Difration Data, Pensylvania, EE.UU, 1993.

[76].- P. Tarte: "Etude de silicates par spectrometría infrarouge. Resultats actuels et

perpestives d'avenir".Bull.Soc.Fr.Ceram. nº 58,13-34.1963.

[77].- P. Tarte: "Infrarred spectra of inorganic aluminates and characteristic

vibrational frecuence of AlO4 tethaedral and AlO6 octhaedra".- Spectrochimica Acta,

23A, 2.127-2.143.1967.

[78].- Norma ASTM C 114-94a.- “Standard Test Methods for Chemical Analysis of

Hydraulic Cement” - Annual Book of ASTM standards: Sec. 4 Construction, Vol. 04.01.

Cement, Lime and Gypsum.

[79].- Norma ASTM C 618-85: Standard Specification for fly ash and raw or calcined

natural pozzolan for use as a mineral admixture in Portland cement concrete” ”- Annual

Book of ASTM standards: Sec. 4 Construction, Vol. 04.02. Concrete and Aggregates.

[80].- Norma EN 1015-3:1999.- “Métodos de ensayo para morteros de albañilería.

Parte 3: Determinación de la consistencia del mortero fresco (por la mesa de

sacudidas)”. AENOR.


[81].- Norma ASTM C 150-95: “Standard Specification for Portland Cement”. Annual

Book of ASTM Standard. Section 4 Const. Vol. 04.01, Cement; Lime; Gypsum. pp. 91-

95. 1995.

[82].- J. Chaussidon: "Spectroscopie infrarouge des mineraux philliteux". Bull. Soc. Fr.

Ceram. 57-61.1965.

[83].- Mª. P. Luxán y T. Vázquez:"Il gelo de sílice come puzzolana di riferimento: sua

notevole attivita e suoi limiti".-Il Cemento, n.3, 113-130.1974.

[84].- C. Rocchicciolli: "La Spectrographia d'absorption infrarouge, moyen d'etude de

l'eau dans las substances minerales". Chimie Analytique, n 9,452.1964.

[85].- P. Thomson y J. Wadsmortle "Infrarred differentiation of plagioclases and their

quantification".- Spectrochimica Acta, 23A, 1.115-1.131.1967.

[86].- P. Tarte: "Infrarred spectra of inorganic aluminates and characteristic

vibrational frecuence of AlO4 tethaedral and AlO6 octhaedra".- Spectrochimica Acta,

23A, 2.127-2.143.1967.

[87].- V. C. Farmer et al.: "Evidence of loss of protons and octahedral ion from

oxidized biotites and vermiculites".- Miner.Mag.38,121-137.1971.

Anejo | III

A continuación se muestran 23 microfotografías obtenidas mediante el empleo

del microscopio petrográfico de las láminas delgadas de cada una de las seis muestras de

este trabajo de investigación. En cada microfotrografía se comentan los detalles e

información más importantes de cada una de ellas.

Con este análisis se tuvo la oportunidad de observar algunos de los componentes

más significativos cristalinos o no, de las muestras, así como también otras características

físicas. De este modo, se hizo evidente la presencia de burbujas, así como, diferentes

texturas de la matriz, habiendo sido éstas de tipo vítrea, criptocristalina, microcristalina o

porfídica, pudiendo ser, o no, de carácter fluidal, vesicular o granuda. Los minerales en

ellas identificados fueron microfelsíticos, como biotita y hornblenda, cuarzo α

pseudomorfizado, y plagioclasas, algunas de las cuales estaban zonadas.

Todo ello, permitió su cuantificación petrográfica, así como la justificación, en

mayor o menor medida, con posterioridad, de muchos de los valores obtenidos de los

diferentes parámetros que se les determinaron, tanto solas como mezclados con el

cemento Portland de referencia P-1.

IV | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación

Microfotografía nº 1

Muestra: P1 Óptica: x43 aumentos (a) Luz normal (b) Polarizadores cruzados

Descripción: Carácter fluidal de la textura vítrea de la matriz, isótropa, vesicular de un dacita típica.

A la derecha de (a) se puede observar un fenocristal de hornblenda verde; a la izquierda

un fenoclasto de plagioclasa fracturado, con minerales arcillosos rellenando el espacio

de las fracturas. En (b) se puede observar como en la matriz destacan algunos

microcristales de hornblenda -colores de birrefrigencia pardos- y también pequeños

cristales de cuarzo -colores blanco a gris-. El cristal de hornblenda se muestra con su

borde oxidado. Además, en esta textura aparecen de color negro en ambas

microfotografías elevada porosidad en forma de vesículas.

Anejo | V

nº 1 (a)

(b)

VI | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Carácter fluidal de la textura vítrea de la matriz, isótropa, vesicular de una dacita. En la

parte superior se pueden observar fenocritales de plagioclasa -blanco- y entre ellos dos

cristales de biotita -pardorrojiza-. En la parte inferior se identifica un cristal de

hornblenda -color verde oliva en (a)-.Cabe destacar como todos lo borde de la mayoría

de los cristales se encuentran ligeramente redondeados por corrosión por la matriz.

Anejo | VII

nº 2 (a)

(b)

VIII | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Aspecto de la textura criptocirstalina de una dacita, donde pueden identificarse

claramente pequeños fenoclastos de cuarzo -color blanco en (b)- de formas angulosas y

astillosas. También se observan hornblendas verdes -colores de birrefrigencia azul-

naranja-rojo-. En esta matriz se evidencia la desvitrificación posterior a su origen en

algunos granos de la matriz con textura vítrea. Se caracteriza por la presencia de

microcristales o microlitos, dispersos uniformemente por la matriz. El cuarzo se

presenta en forma bipiramidal con los bordes redondeados lo que indica la

pseudomorfización por cuarzo α del cuarzo β volcánico original, ambos de baja

temperatura.

Anejo | IX

nº 3 (a)

(b)

X | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Aspecto de tres fragmentos o granos. En la parte superior de la foto un grano de

plagioclasa, a la derecha una grano de dacita con textura vítrea de la matriz y a la

izquierda un grano una dacita de textura criptocristalina. En la dacita de textura vítrea,

a su vez se identifica hornblenda verde, y un pequeño cristal de plagioclasa, del mismo

modo en la de textura criptocristalina se identifican fácilmente pequeños cristales de

cuarzo y de plagioclasa, y en menor cantidad hornblenda.

Anejo | XI

nº 4 (a)

(b)

XII | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Carácter vesicular de la dacita de la textura vítrea de la matriz. De este modo son

evidentes las vesículas con formas redondeadas y ovoides. En las partes superior e

inferior dos cristales de plagioclasa aparentemente no zonadas con sus bordes

ligeramente corroídos. Además se observan dispersos algunos cristales de hornblenda

verde. También se aprecia como las vesículas aparecen rellenas de la resina

termoendurecedora empleada en la preparación de las láminas delgadas.

Anejo | XIII

nº 5 (a)

(b)

XIV | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Típico carácter fluidal de la textura vítrea de la dacita. En este caso se encuentran

cristales bastante dispersos en la masa vítrea vesicular -negro-. Se pueden distinguir

tres tipos de cristales, en el centro de las imágenes dos fenocristales claramente

maclados y zonados, en la parte superior un pequeño cristal de cuarzo bipiramidal

–blanco- y otro de hornblenda -marrón, verde oliva-. La zonación de los cristales de

plagioclasa significa diferente composición mineralógica, desde el núcleo -plagioclasa

rica en Ca- hasta los bordes -por el contrario, más rica en Na-.

Anejo | XV

nº 6 (a)

(b)

XVI | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Visión general de los granos que componen la muestra embutidos en la resina. Los

granos mayores -oscuros en (a)- corresponden a fragmentos de la roca volcánica en sí,

que en (b) se puede observar que se componen de una matriz de textura vítrea -negro- y

cristalina. Los granos más pequeños y de color claro se corresponden con cristales

liberados de plagioclasa y cuarzo, mientras que los pequeños y oscuros en (a) son de

hornblenda.

Anejo | XVII

nº 7 (a)

(b)

XVIII | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Se presenta un fragmento de andesita, con textura porfídica, donde se observa en la

parte superior un gran fenocristal de plagioclasa. En este caso la matriz es porfídica,

similar a la textura criptocristalina, de color oscuro en (a) donde se identifica un anfibol

-colores pardorrojizos intensos-, además de cristales de hornblenda, pequeños

microlitos de plagioclasa y algún cristal de cuarzo -blanco en (b)-. De esta

microfotografía cabe destacar el zonado que presenta el cristal de plagioclasa y la

corrosión en el borde de mismo por la matriz, característica de las plagioclasas en este

tipo de litología volcánica.

Anejo | XIX

nº 8 (a)

(b)

XX | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación


Muestra: M1 Óptica: x54 aumentos (a) Luz normal (b) Polarizadores cruzados

Descripción: Matriz de textura criptocristalina de una dacita. Aparecen un gran fenoclasto de

placioclasa en la parte superior izquierda y otro de cuarzo, triangular, en el centro.

Aparecen dispersos en la matriz microlitos de cuarzo, plagioclasa y hornblenda

principalmente.

Anejo | XXI

nº 9 (a)

(b)

XXII | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Se trata de una microfotografía a muchos más aumentos de la matriz criptocristalina

anterior, donde se observa con más detalle la citada dispersión de microlitos.

Anejo | XXIII

nº 10

(a)

(b)

XXIV | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: En este caso se observa la textura vítrea de carácter vesicular de la matriz de una dacita,

donde se observan aislados cristales de biotita parda en el inferior de un color verde

claro en (b), así como, la presencia de elevada porosidad en forma de vesículas.

Anejo | XXV

nº 11

(a)

(b)

XXVI | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Matriz microfelsítica de la dacita con textura microcristalina. Se pueden observar más

claramente en (b) cuarzo -blanco-, plagioclasas -azul-, hornblenda -pardorrojiza- y

biotitas -verde iridiscente-. La matriz microcristalina se origina por un enfriamiento

más lento de la masa fundida, en la que crecen uniformemente, entre grandes

fenoclastos, numerosos cristales de pequeño tamaño distribuidos mineralógicamente

de modo homogéneo a lo largo de toda la matriz.

Anejo | XXVII

nº 12

(a)

(b)

XXVIII | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Se muestra con mayor magnificación la matriz microfelsítica de textura microcristalina,

donde se puede observar que se encuentra compuesta por cuarzo y feldespato alcalino,

principalemente. A la izquierda de la imagen se tiene un cristal de biotita fracturado

con su borde ligeramente oxidado.

Anejo | XXIX

nº 13

(a)

(b)

XXX | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Textura criptocristalina-porfídica de una cuarzo-andesita con hornblenda parda. Se

puede observar el color y el iodomorfismo de la hornblenda. Además se pueden

observar algunos cristales de cuarzo con forma clástica y esporádicos microlitos de

plagioclasa en la matriz.

Anejo | XXXI

nº 14

(a)

(b)

XXXII | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación


Muestra: M1 Óptica: x54 aumentos Polarizadores cruzados

Descripción: Fenocristal de plagioclasa con marcado zonado oscilatorio perteneciente a un

fragmento de dacita de textura vítrea. En sus bordes se observa ligera corrosión.

También se observa biotita y cuarzo en la parte superior.

Anejo | XXXIII

nº 15

XXXIV | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Aspecto textural de la dacita microfelsítica -microcristalina-. Se observan fenocristales

de cuarzo globoso y plagioclasa. Se observa en la matriz el fenómeno de mesóstasis

microcristalina cuarzo-feldespática, donde ahora las plagioclasas son feldespatos.

Anejo | XXXV

nº 16

(a)

(b)

XXXVI | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Fragmento de una dacita con textura criptocristalina , con grandes fenocristales. A la

derecha aparece claramente un fenocristal de plagioclasa zonado.

Anejo | XXXVII

nº 17

(a)

(b)

XXXVIII | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: A la izquierda fragmento de andesita y a la derecha grano mixto de plagioclasa con

adherencia de la matriz criptocristalina.

Anejo | XXXIX

nº 18

(a)

(b)

XL | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación


Muestra: M2 Óptica: x43 aumentos Polarizadores cruzados

Descripción:

Identificación de una filita grafitosa.

Anejo | XLI

nº 19

XLII | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Visión parcial de la muestra, con predominio de los granos liberados de plagioclasa,

cuarzo, hornblenda y biotita.

Anejo | XLIII

nº 20

(a)

(b)

XLIV | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Otro fragmento de la muestra anterior con abundancia de fragmentos de rocas, en los

que aparece algún grano perteneciente a alguna fractura de la roca de las tres texturas

en su matriz, vítrea, criptocristalina y microcristalina.

Anejo | XLV

nº 21

(a)

(b)

XLVI | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Destaca un fragmento de cuarcita micáceo-grafitosa a la derecha y otro formado por la

matriz felsítica perteneciente a la textura microcristalina.

Anejo | XLVII

nº 22

(a)

(b)

XLVIII | Universidad de Castilla- La Mancha: Trabajo de Investigación



Descripción: Fragmento de esquisto de epidota, anfíbol y biotita.

Anejo | XLIX

nº 23

(a)

(b)

valorización de rocas volcánicas como adiciones puzolánicas para fabricar cementos

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