Influencia del uso de metacaolín y el humo de sílice en el desarrollo de la resistencia a compresión del hormigón de altas prestaciones y su relación con la microestructura = Influence of metakaolin and silica fume in the development of compressive strength of high performance concrete and its relationship with the microstructure

Julio A. Paredes, Jaime C. Gálvez, Marcos G. Alberti, Alejandro Enfedaque


doi:10.20868/ade.2020.4457

Abstract


Research developed in the last decades has allowed significant advances in the concrete technology, achieving remarkable improvements in its performancemainly related to its microstructure. In order to relate the behaviour under compressive stresses of high performance concrete (HPC) and the changes in its microstructure, an experimental campaign was developed with specimens of dimensions 160x40x40 mm3. A control mixture without additions and a series of mix designs with partial substitution of cement by of silica fume and metakaolin in different proportions were produced. A low water-to-binder ratio of 0.20 was used, which forced the use of a superplasticizer additive based on modified polycarboxylates, which improved the workability of the mixtures. Silica sand with 98% of SiO2 content and an average particle size of 0.75 mm was used. The specimens were subjected to compressive strength tests at 2, 7, 28 and 91 days, and complementary tests of electric resistivity, mercury intrusion porosimetry (MIP) and differential thermal-thermogravimetric analysis (DTA-TG) at 28 days. The results of the tests showed that the increase in compressive strength with the use of additions was directly related to the reduction in total porosity and the increase in the proportion of total CSH gel / total portlandite, shown by the MIP and DTA-TG tests, respectively. Mixtures with additions showed reductions of the porosity by up to 31.7% compared with the control mixture, while increasing the proportion of CSH gel/ total portlandite by up to 17.1%. The use of small particles of mineral additions significantly increased the electric resistivity of HPC specimens as evidenced in the present study. This is explained by the reduction in the percentage of large capillary pores and the relative increase of small capillaries, which could enhance the durability of the concrete elements.

Resumen

La investigación desarrollada en las últimas décadas ha permitido avances significativos en las prestaciones del hormigón, a través de la mejora de su microestructura .En este trabajo se presentan los resultados de una campaña experimental encaminada a mostrar la influencia de la microestructura del hormigón de altas prestaciones (HPC por sus siglas en inglés) en su resistencia a compresión. Se elaboró una mezcla de control sin adiciones y una serie de mezclas con sustituciones parciales del cemento con humo de sílice y metacaolín en diferentes proporciones. Se usó una relación de agua/conglomerante de 0,20, lo que obligó al uso de un aditivo superplastificante basado en policarboxilatos modificados, el cual mejoró la trabajabilidad de las mezclas. Se usó arena de sílice con 98% de contenido de SiO2 y un tamaño de partícula promedio de 0,75 mm. Con ellas se confeccionaron probetas de dimensiones de 160x40x40 mm3.Las muestras se ensayaron a compresión a los 2, 7, 28 y 91 días, y se realizaron ensayos complementarios de resistividad eléctrica, porosimetría de intrusión de mercurio (PIM) y análisis térmico termogravimétrico diferencial (ATD-TG) a los 28 días. Los resultados de las pruebas mostraron que el aumento en la resistencia a la compresión con el uso de adiciones estaba directamente relacionado con la reducción de la porosidad total y el aumento en la proporción de gel C-S-H/portlandita total. Estos aspectos se confirmaron con los ensayos de PIM y ATD-TG. Las mezclas con adiciones mostraron reducciones de la porosidad hasta en un 31,7% en comparación con la mezcla de control, a la vez que incrementaron la relación gel C-S-H/portlandita total hasta en un 17,1%. El uso de pequeñas partículas de adiciones minerales aumentó significativamente la resistividad eléctrica de las muestras de HPC, lo que confirma la reducción del porcentaje de poros capilares grandes conectados y el aumento de capilares pequeños, lo que además de la resistencia a compresión mejora la durabilidad del hormigón.


Keywords


High-performance concrete; compressive strength; microstructure; metakaolin; silica fume;Hormigón de alto rendimiento; fuerza compresiva; microestructura metacaolín; humo de sílice

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