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Comportamiento Científico Técnico del Cemento Portland I-R Elaborado con

Escoria Negra de Acero Tipo Vesicular Proveniente de la Siderúrgica del

Orinoco Alfredo Maneiro “SIDOR”.

Tutor: Ing. Trino BALOA, MSc.

Profesor de la Universidad Central de Venezuela

En trabajo conjunto con el CENVIH

Ing. Pompeyo MALDONADO Mayo – Noviembre 2013

CENVIH

INFORME DE PASANTIAS

MASTER EN INGENIERÍA DE MATERIALES EVALUACIÓN, CARACTERIZACIÓN Y

APLICACIÓN “IMECA”

Comportamiento Científico Técnico del Cemento Portland I-R Elaborado con Escoria Negra de Acero Tipo Vesicular, SIDOR

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RESUMEN

El estudio de investigación confiado se trató del comportamiento científico técnico del

cemento portland I-R elaborado con Escoria Negra de Acero tipo Vesicular proveniente de la

Siderúrgica del Orinoco “SIDOR”. El objetivo principal fue evaluar la viabilidad de reciclar y

utilizar la escoria negra de acero como adición activa al cemento portland I-R. Esta

investigación persigue concientizar a quienes toman las decisiones en el sector de la

construcción en Venezuela para la implementación de nuevas tecnologías en el cemento y

concreto utilizando materiales alternativos a los convencionales de la construcción. Para estos

estudios se llevó a cabo una caracterización química, mineralógica y morfológica del cemento

y la escoria, por medio de DRX, difracción laser para determinar tamaños de partículas, análisis

térmico y SEM. Además, se determinó resistencia a la compresión que posee el cemento

portland con adiciones de escoria negra de acero, con ello, se pudo conocer la factibilidad del

uso como material hidráulico cementante rigiéndose por las normas (COVENIN 3134 1994).

También, se determinó el tiempo de fraguado, la finura Blaine, la expansividad volumétrica y la

actividad cementante que presentan los morteros con sustituciones en (5%, 10%, 15%, 20% y

50%) de cemento portland por escoria negra de acero.De los resultados obtenidos se concluye

que la escoria negra de acero cumple con los requisitos necesarios para ser una adición activa

en la matriz cementante hasta en un 20% de sustitución de cemento por este residuo de la

industria minera. Los tiempos de fraguado para todas las sustituciones cumplen con lo exigido

en la normativa venezolana (COVENIN 493 1992) a pesar de que son más rápidos que la

dosificación patrón en un 18,2%. La superficie específica de las sustituciones es 13,8% mayor

que la dosificación patrón sin sustitución. Las resistencias a la compresión cumplen hasta en

un 15% de sustitución de cemento por escoria negra de acero con la resistencia de diseño de la

mezcla del mortero exigida a los 28 días de 350 kgf/cm2. Mientras que la sustitución del 20% de

cemento por escoria negra de acero alcanza una resistencia a los 28 días de 336 kgf/cm2. La

expansividad volumétrica de las mezcla patrón y la sustitución del 20% de cemento por escoria

negra de acero no alcanzan el 0,30% cumpliendo las exigencias de la normativa venezolana

(COVENIN 491 1994) al no exceder el 0,80%. Por último, se puede concluir que es factible la

utilización como adición activa hasta en un 15% de la que la escoria negra de acero proveniente

de la Siderúrgica del Orinoco, “Alfredo Maneiro”, Venezuela, siendo lo más importante, la

posible disminución de más de 10 millones de toneladas métricas de este residuo que afecta el

ecosistema del Río más importante de Venezuela.

Palabras Claves: Escoria, Cemento, Acero, Adición, Minería


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ESQUEMA

INDICE DE TABLAS ....................................................................................................................... 5

INDICE DE ILUSTRACIONES ........................................................................................................ 6

AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................................... 7

RESUMEN ........................................................................................................................................ 2

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 8

OBJETIVOS ................................................................................................................................... 10

OBJETIVO GENERAL: .............................................................................................................................. 10

OBJETIVO PRINCIPAL: ............................................................................................................................ 10

OBJETIVO ESPECÍFICOS ......................................................................................................................... 10

ANTECEDENTES .......................................................................................................................... 11

APROVECHAMIENTO Y VALORIZACIÓN DE RESIDUOS INDUSTRIALES ................................................... 11

ESCORIAS SIDERÚRGICAS ............................................................................................................. 12

ESCORIAS DE ALTO HORNO ........................................................................................................... 12

ESCORIAS DE HORNO DE ARCO ELÉCTRICO ................................................................................. 13

APROVECHAMIENTO DE ESCORIAS NEGRAS ................................................................................. 14

DESARROLLO DE LOS CEMENTOS DE ESCORIA ........................................................................... 17

PRESENTACIÓN DE LA INSTITUCIÓN ...................................................................................... 19

1. FECHA DE CREACIÓN ......................................................................................................... 19

2. MISIÓN.................................................................................................................................... 19

3. VISIÓN ESTRATÉGICA ......................................................................................................... 19

4. ATRIBUCIONES ESPECIFICAS ........................................................................................... 19

5. TAMAÑO ................................................................................................................................ 20

6. UBICACIÓN ............................................................................................................................ 21

7. ENLACES DIRECTOS CON ENTES Y UNIVERSIDADES DEL ESTADO ........................... 22

8. PROYECTOS DIRECTOS CON ENTES DEL ESTADO ....................................................... 23

9. PROYECTOS ACTUALMENTE EN EJECUCIÓN POR EL CENVIH ...................................... 24

MARCO CONCEPTUAL ................................................................................................................ 26

CLINKER .......................................................................................................................................... 26

CEMENTO ........................................................................................................................................ 26

CEMENTO PÓRTLAND..................................................................................................................... 26

CEMENTO PORTLAND CON ADICIONES ......................................................................................... 27

LA ESCORIA .................................................................................................................................... 27

INFORME TÉCNICO ..................................................................................................................... 28


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2. EXPERIMENTAL, MÉTODO Y MATERIALES ......................................................................... 28

2.1. MATERIALES .................................................................................................................................... 28

2.1.1 Escoria negra de acero .......................................................................................................... 28

2.1.2. Cemento .................................................................................................................................. 29

2.1.3. Preparación de Mezclas ....................................................................................................... 29

ELABORACIÓN DE LAS PROBETAS DE ENSAYOS: ................................................................................. 29

ARENA NORMALIZADA GRADADA: ......................................................................................................... 29

DOSIFICACIÓN: ........................................................................................................................................ 29

2.2. TÉCNICAS Y METODOLOGÍAS DE ENSAYOS ................................................................................... 30

Estudios realizados: ......................................................................................................................... 30

2.2.1. Composición Química ........................................................................................................... 31

2.2.2. Difracción de Rayos X .......................................................................................................... 31

2.2.3. Microscopía Electrónica ....................................................................................................... 31

2.2.4. Análisis Granulométrico ........................................................................................................ 31

2.2.5. Análisis Térmico ..................................................................................................................... 32

2.2.6 Tiempo de Fraguado .............................................................................................................. 32

2.2.7 Resistencia a la Compresión ................................................................................................ 32

2.2.8 Finura Blaine ........................................................................................................................... 32

2.2.9 Expansión Volumétrica .......................................................................................................... 33

2.3. ÍNDICE DE ACTIVIDAD PUZOLÁNICA ................................................................................................ 33

3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ................................................................. 33

3.1 ESTUDIOS MECÁNICOS EN MORTEROS .......................................................................................... 33

3.2 ESTUDIOS TERMOGRAVIMÉTRICOS ................................................... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

CONCLUSIÓN ............................................................................................................................... 53

RECOMENDACIÓN ....................................................................................................................... 54

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................. 55

ANEXOS ........................................................................................................................................ 59


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INDICE DE TABLAS

TABLA 1. COMPOSICIÓN TÍPICA DE ESCORIAS DE ALTOS HORNOS .................................................. 12

TABLA 2. COMPOSICIÓN TÍPICA DE LAS ESCORIAS NEGRAS DE HORNO DE ARCO ELÉCTRICO .......... 14

TABLA 3. COMPONENTES DEL CEMENTO PÓRTLAND ...................................................................... 26

TABLA 4. ÓXIDOS COMPONENTES DEL CEMENTO FRAGUADO ........................................................ 27

TABLA 5. DOSIFICACIÓN DE LOS MORTEROS ................................................................................. 30

TABLA 6 ESPECTROSCOPIA DE LA ESCORIA NEGRA DE ACERO ...................................................... 35

TABLA 7 ESPECTROSCOPIA DEL CEMENTO PORTLAND TIPO I ........................................................ 35

TABLA 8 DATOS CRISTALOGRÁFICOS DE FASES PRESENTES EN EL CEMENTO................................. 36

TABLA 9 TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO & CEMENTO ADICIONADO CON ESCORIA ................. 47

TABLA 10. VALORES DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LOS MORTEROS PATRÓN Y LOS MORTEROS

CON ADICIÓN DE ESCORIA NEGRA DE ACERO (E-N-A) ........................................................... 49

TABLA 11. RESISTENCIA & CONTENIDO DE ESCORIA NEGRA DE ACERO .......................................... 50

TABLA 12 ENSAYO FINURA BLAINE DEL CEMENTO ADICIONADO ..................................................... 51

TABLA 13 EXPANSIÓN VOLUMÉTRICA CEMENTO TIPO I & ESCORIA NEGRA ..................................... 52


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INDICE DE IMAGENES

FIGURA 1 COORDENADAS DE SIDOR EN VENEZUELA .................................................................... 29

FIGURA 2 PATIO DE ALMACENAMIENTO SIDOR VISTA AÉREA ........................................................ 29

FIGURA 3 PATIO DE ALMACENAMIENTO SIDOR ............................................................................. 29

FIGURA 4 MICROGRAFÍA 10µM DE AUMENTO TOMADOS POR MEB POR ELECTRONES SECUNDARIOS

CEMENTO PORTLAND I-R ..................................................................................................... 40

FIGURA 5 MICROGRAFÍA 10µM DE AUMENTO TOMADOS POR MEB POR ELECTRONES SECUNDARIOS

ESCORIA NEGRA DE ACERO .................................................................................................. 40

FIGURA 6 MEB/EDX ELECTRONES SECUNDARIOS DEL MORTERO PATRÓN .................................... 41

FIGURA 7 MEB/EDX ELECTRONES SECUNDARIOS MORTERO 5% DE ESCORIA NEGRA ................... 41

FIGURA 8 MEB/EDX ELECTRONES SECUNDARIOS MORTERO CON 10% DE ESCORIA NEGRA .......... 42

FIGURA 9 MEB/EDX ELECTRONES RETRODISPERSADOS MORTERO 15 % DE ESCORIA NEGRA ....... 42

FIGURA 10 MEB/EDX ELECTRONES RETRODISPERSADOS MORTERO 20 % DE ESCORIA NEGRA ..... 42

FIGURA 11 MEB/EDX ELECTRONES RETRODISPERSADOS MORTERO 50 % DE ESCORIA NEGRA ..... 43

FIGURA 12 GRANULOMETRÍA LÁSER ESCORIA NEGRA DE ACERO & CEMENTO PORTLAND I-R ......... 44

FIGURA 13 CURVAS TGA - DTA DE LA ESCORIA NEGRA DE ACERO ............................................... 46

FIGURA 14 CURVAS TGA - DTA DEL CEMENTO TIPO PORTLAND TIPO I-R ...................................... 47


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INDICE DE GRAFICAS

GRÁFICA 1 DIFRACTOGRAMA MÉTODO RIETVIELD CEMENTO PORTLAND TIPO I ............................... 37

GRÁFICA 2 DIFRACTOGRAMA ESCORIA NEGRA DE ACERO ............................................................. 38

GRÁFICA 3 DIFRACTOGRAMA ESCORIA NEGRA SINTERIZADA A 1200°C .......................................... 39

GRÁFICA 4 EDADES DE LOS MORTEROS CONTRA LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ....................... 50


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INTRODUCCIÓN

Según (PARRA ARAQUE y SÁNCHEZ 2010), la industria metalúrgica es uno de los

sistemas más antiguos de producción de bienes materiales fundamentales para la

economía mundial y a su vez uno de los más contaminantes por la naturaleza de sus

procesos de producción. Dentro de la metalurgia, la siderurgia es una de las industrias

más desarrolladas por la diversidad de usos del acero en distintos sectores

económicos, pero su manufactura genera una cantidad importante de residuos que

pese a la adopción de medidas y procesos basados en los conceptos de producción

más limpia, hay que reconocer que su generación permanece en cantidades

significativas.

Teniendo a la comunidad científica y a la industria en una permanente búsqueda de una

solución ante esta problemática ambiental, se ha encontrado en la técnica de la

valorización de los residuos industriales una medida que abarca tanto las

preocupaciones técnicas y ecológicas de los científicos como las productivas y

financieras de los industriales, logrando un equilibrio entre lo industrial y lo ambiental.

Uno de los principales residuos o subproductos en la industria del acero son las

escorias blancas y negras que constituyen residuos potencialmente aprovechables cuyo

uso se ha venido desarrollando a nivel mundial especialmente en el sector de la

construcción e infraestructura vial con resultados viables y prometedores,(CORETA

1978).

Aunado a lo anterior, la tendencia creciente del sector de la construcción demanda

explotación de grandes cantidades de materiales para cubrir las necesidades del sector

sin medir los impactos ambientales que causan estas actividades, el aprovechamiento

de las escorias negras, como agregado para concreto, representa una alternativa para

frenar el deterioro provocado por la actividad minera e impulsar el mercado de residuos.


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La gestión ambiental en la Siderúrgica del Orinoco “SIDOR” es una prioridad y un

compromiso que ha adquirido la empresa a través de su desarrollo, incluyendo las

mejores prácticas en sus procesos de producción y fabricación de piezas de acero,

aunado a otros entes de investigación como lo es la Fundación Centro Nacional de

Investigación y Certificación en Vivienda, Hábitat y Desarrollo Urbano “CENVIH” y la

Universidad Central de Venezuela “UCV” en la constante búsqueda de materiales

alternativos para los diferentes sistemas constructivos, situación que motivó la

formulación del presente proyecto que consta de realizar una caracterización química y

física de la escoria negra de acero tipo vesicular como adición activa al cemento

portland tipo I-R determinando la aplicación del material dentro del cemento, y

elaborando cubos (morteros) normales con diferentes proporciones de escoria (0, 5, 10,

15, 20 y 50) % que posterior a ello se analizará su resistencia a la compresión

siguiendo la norma vigente; finalmente mediante una evaluación física y mecánica se

determinará la viabilidad y su dosificación óptima.


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OBJETIVOS

Según (MESA 2000), la escoria de acería de horno de arco eléctrico es utilizada en diversos

países fundamentalmente como árido para hormigón y morteros, y como adición al cemento.

Debido a ello este trabajo inicia su investigación estudiando la escoria de acería de horno de

arco eléctrico de la empresa Siderúrgicadel Orinoco “SIDOR” en función de estos dos aspectos

el estudio experimental consistió en:

Objetivo General:

Estudiar el comportamiento científico técnico del cemento portland tipo I-R elaborado con

escoria negra de acero tipo vesicular proveniente de la Siderúrgica del Orinoco Alfredo

Maneiro “SIDOR”, en función de este aspecto el estudio consiste en:

Objetivo Principal:

Conocer la viabilidad de reciclar la escoria negra de acero como adición activa al cemento.

Objetivo Específicos

1. Estudiar la escoria negra de acero proveniente de SIDOR.

a. Caracterización química, física y mineralógica.

2. Comportamiento de las matrices cementantes con incorporación de la escoria de

acero:

a. Determinar si el cemento Portland tipo I-R con adición de escoria de

acerocumple con las exigencias que contempla la norma COVENIV 3135-

1994.

b. Estudio del comportamiento reológico


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ANTECEDENTES

Aprovechamiento y valorización de residuos industriales

La época actual se caracteriza por un crecimiento poblacional desmedido y por una

reconversión industrial derivada de las políticas de globalización apoyada en conceptos de

calidad total, ecoeficiencia y competitividad industrial. Esta característica propia de la

contemporaneidad demanda criterios que den prioridad al cuidado del ambiente, en particular,

al control de los impactos ambientales generados por las actividades productivas.

Al respecto hay que señalar que la industria es responsable, en gran medida, del deterioro

ambiental. El aspecto cuestionable a este sector está relacionado con el empleo de procesos de

producción que en la mayoría de los casos, arrojan al ambiente subproductos indeseables que

deterioran la calidad de los recursos naturales, tales como las emisiones contaminantes a la

atmósfera, descargas de aguas residuales y en particular, la generación de residuos tanto

peligrosos como no peligrosos.

En la actualidad SIDOR posee un volumen aproximado de 10 MM Toneladas métricas, de

escoria Siderúrgica, que en muchos casos la naturaleza es incapaz de eliminarlos, degradarlos

o asimilarlos, generando efectos adversos sobre el ambiente e incluso afectando la salud de la

población.

En este mismo sentido, los sitios para el confinamiento de tales residuos, por lo general no

tienen en cuenta variables que son fundamentales para reducir los riesgos implícitos que por

sus características tienen estos materiales, por lo que la adecuación de los lugares de

disposición final implican costos que generan una inquietud socio-ecológica que crece día a

día(GÓMEZ 2003).

Lo anterior permite concluir que es necesario enfrentar la problemática ocasionada por los

residuos industriales con un nuevo enfoque de gestión que considere los conceptos de

aprovechamiento, entendido como “el proceso mediante el cual, a través de un manejo integral


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de los residuos, los materiales recuperados se reincorporan al ciclo económico y productivo en

forma eficiente, por medio de la reutilización, el reciclaje, la incineración con fines de generación

de energía, el compostaje o cualquier otra modalidad que conlleve beneficios sanitarios,

ambientales, sociales y/o económicos”(GÓMEZ 2003). Gracias al desarrollo tecnológico en la

actualidad existen diversas tecnologías para el aprovechamiento de residuos industriales.

Escorias siderúrgicas

(ZARAGOZA 2001)La fabricación de acero es siempre acompañada por la producción de un

subproducto llamado escoria formado por las reacciones químicas entre la materia prima con

otras sustancias añadidas al horno y las impurezas oxidadas durante la refinación del material.

Su composición química y física depende y varía extensamente de acuerdo con la materia

prima usada y la tecnología empleada.

Las escorias como subproductos del proceso siderúrgico formadas en la refinación del acero se

componen principalmente de óxidos, silicatos, sulfuros, aluminatos y fosfatos que la hacen más

ligera y por lo tanto suben a la superficie del baño metálico, formando una capa sobrenadante

caracterizada principalmente por su basicidad que es la relación entre óxidos básicos y ácidos

otorgándole la capacidad a la escoria de absorber y retener sólidamente las impurezas del

metal.

Escorias de alto horno

(Slag 2010)Análisis químicos de la escoria de alto horno muestran que usualmente los cuatro

principales óxidos (cal, magnesio, silicio y alúmina) comprenden hasta el 95% de su

composición; otros elementos menores como el sulfuro, hierro, manganeso y trazas de otros

elementos, completan su estructura.

La mayoría de las escorias de alto horno producidas en los Estados Unidos tienen una

composición comprendida en los rangos mostrados en la Tabla N°1.

Tabla 1. Composición Típica de Escorias de Altos Hornos Fuente: Catálogo de Residuos.

Centro de Estudios y Experimentación de Obras públicas, 2009.

ELEMENTO CONCENTRACIÓN (%en peso)

CaO 38–42

SiO2 32–37

MgO 7–9

Al2O3 10–14

S <1


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Fe2O3 0,1–1,5

FeO 0,4-0,8

MnO 0,2–0,6

La mayoría de las escorias generadas en otros países parecen también pertenecer, o estar muy

cerca, a este rango de composición.

La composición química de la escoria depende de la composición del mineral de hierro, del

combustible y de las proporciones requeridas para la operación eficiente del alto horno que

deben ser uniformes para producir hierro con características de calidad consistentes y estables,

procedimiento que a la vez asegura uniformidad en la composición de la escoria con límites de

variación relativamente estrechos.

Las escorias procedentes del alto horno son generadas a 1600°C por lo que deben ser

enfriadas y según éste procedimiento se pueden clasificar como escoria granulada, expandida,

y enfriada al aire.

La escoria granulada es obtenida por el enfriamiento rápido por agua, aire comprimido o por

ambos elementos. La escoria obtenida es un material vítreo similar a la arena. La escoria

expandida resulta de en un enfriamiento rápido por la aplicación controlada de una cantidad de

agua, aire y vapor formando un producto espumoso ligero y de naturaleza vesicular

diferenciándola por su porosidad relativamente alta y su baja densidad; la pelletización es

también un método usado usualmente para la expansión de la escoria en tambores rotatorios

que le da una forma esférica.

Cuando la escoria se vierte en camas y es lentamente enfriada bajo condiciones ambientales al

aire libre, una estructura cristalina y dura en grandes bloques es formada y posteriormente

puede ser triturada y cribada.

Escorias de horno de arco eléctrico

La aplicación de los hornos de arco eléctrico es casi exclusiva para la fusión de la chatarra de

acero que abarca además la posible utilización, total o parcial, de mineral de hierro,

ferroaleaciones, cal, espato-flúor, coque y oxígeno.

El funcionamiento del horno se basa en la transformación de la energía eléctrica en calor

aplicado por medio de electrodos de grafito, en corriente alterna que se introduce por la parte


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superior de la cuba a la carga provocando la elevación de la temperatura y por consiguiente la

fundición del material.

La escoria de horno eléctrico es procesada al aire libre para su enfriamiento, los metales son

separados magnéticamente y usualmente separados por tamaño de partícula para su posterior

uso.

La composición química de las escorias negras es condicionada por las distintas variables de

operación pero se pueden considerar como representativos los porcentajes presentados en la

Tabla N°2 mostrada a continuación:

Tabla 2. Composición Típica de las Escorias Negras de Horno de Arco Eléctrico

Fuente: Libro Blanco para la Minimización de Residuos y Emisiones, Escorias de Acerías, 2000

ELEMENTO CONCENTRACIÓN (%)

CaO 27–37

SiO2 11–25

FeO 3–25

Fe2O3 2–22

MgO 4–11

Cr2O3 0,6–4

TiO2 0,25–1,6

El proceso completo de fundición se realiza en dos etapas de Fusión y Afino en donde

paralelamente se producen dos clases de escorias denominadas oxidantes o negras y

reductoras o blancas.

Aprovechamiento de escorias negras

El establecimiento de las escorias de acería como coproductoo subproducto en el sector de la

construcción es un estudio que se ha dado por décadas debido a la importancia de la

producción de acero en la economía actual y las características químicas y físicas de las

mismas.

La generación de escorias como subproducto industrial se inicia a finales del siglo XIX. A partir

de 1920, las acerías empezaron a sustituir los hornos tradicionales por hornos eléctricos, al

permitir estos últimos fabricar cualquier tipo de acero. La fabricación de acero genera una serie

de residuos procedentes del proceso industrial, los cuales representan entre el 15-20%

aproximadamente de la producción total de acero, siendo las escorias negras el subproducto

industrial más importante en la fabricación de aceros comunes(IHOBE, S.A 1999).


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La principal materia prima empleada para la fabricación de acero en homo eléctrico es la

chatarra de hierro y, comoelementos de adición auxiliares, pequeñas cantidades de mineral de

hierro, ferro-aleaciones, elementos desoxidantes, etc.

Por su naturaleza, composición química, mineralogía, etc., estas escorias negras son

subproductos industriales muy diferentes a las escorias tradicionalmente llamadas escorias de

alto homo, las cuales son muy conocidas como adición activa para la elaboración de cementos

comerciales(UNE-EN 197-1 2000) y (Uría 2000).

En España, hay experiencia, tanto a nivel de laboratorio como a nivel de tramos experimentales

de la utilización de escorias negras en carreteras. En un artículo previo, (Uría 2000) recogían

las buenas cualidades de estos subproductos industriales como árido de reciclado en mezclas

bituminosas usadas en la capa de rodadura, tales como: menor riesgo de hinchamiento,

excelente coeficiente de pulido, buena afinidad por los betunes, etc.

Por otro lado, de acuerdo con la Directiva Comunitaria sobre el uso de hormigones porosos en

poblaciones urbanas, con el objetivo de reducir o eliminar los inconvenientes presentados por

los pavimentos actuales; tales como: elevado mido, balsas de agua, alto grado de reflexión de

calor, etc, (BOLLATI y SOLIS, High Performance Porous Concrete (HPPC) for Road Traffic

1997) y (BOLLATI y WITOSZEK, High Performance Porous Concrete (HPPC) for Heavy Traffic-

First Spanish Experiences 1996), experto en el diseño y ejecución de tramos de carreteras con

hormigones porosos (Salamanca, Segovia, PaísVascoentre otros) afirma que el futuro de los

pavimentos pasará por ser materiales elaborados con hormigones porosos y que las escorias

de acería ,como árido de reciclado en este tipo de hormigones, constituirá una alterativa muy

ventajosa por diferentes aspectos: económica, social y medioambiental.

A continuación se enuncian brevemente los principales usos e investigaciones que se han

realizado en diferentes partes del mundo sobre la utilización de la escoria de acería.

Los primeros desarrollos de aplicación de escoria se llevaron a cabo sobre la escoria de alto

horno debido a la antigüedad de esta práctica metalúrgica. La ASTM C-125, 1998define las

escorias como “producto no metálico que consiste esencialmente en silicatos y aluminosilicatos

de calcio y otras bases, que se desarrolló en condiciones líquidas justamente en el hierro del

alto horno”(Ministerio de Fomento 2009).

La escoria de alto horno ha sido usada en los Estados Unidos en la construcción de caminos

desde 1830, como balastro para vías férreas desde 1875 y como agregado para concreto en

1880. En los últimos 50 años, la escoria de alto horno, producida en éste país, ha sido utilizada


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en su totalidad, por lo que su competitividad con otros materiales ya sea porque, provee igual

comportamiento a menores costos o mejor comportamiento a costos similares, permitiéndole

alcanzar un nivel comercial en el sector de la construcción(PARRA ARAQUE y SÁNCHEZ

2010).

Los distintos usos de la escoria de alto horno se derivan de los diferentes tipos de ésta de

acuerdo al proceso de enfriamiento al que se sometan.

Los usos de la escoria enfriada al aire son muchos y variados incluyendo todo tipo de

aplicaciones como agregados en la construcción, en el cemento, vidrio y como

acondicionadores de suelo.

El uso mayormente aplicado es, sin un tratamiento previo, como bases de caminos y todo tipo

de construcción de la misma manera en la que se usaría cualquier material natural triturado; la

escoria ofrece características deseables en este tipo de construcción como la forma de partícula

y textura para proveer estabilidad, estabilidad del volumen en diferentes condiciones climáticas

y bajo peso por unidad de volumen. Los mismos beneficios son aplicados a su uso como

balastro de ferrovías y relleno estructural que junto con su uso para bases, constituyen el 56%

de las toneladas de escoria totales comercializadas(Ministerio de Fomento 2009).

El segundo uso principal es como agregado para concreto asfaltico y es uno en el que es un

material preferido frecuentemente. Además de su estabilidad y durabilidad, tiene una resistencia

al paso del tráfico como muchos otros agregados naturales.

En su uso como concreto, la escoria cristalizada ofrece propiedades de excelente adherencia

con el cemento, estabilidad de volumen y durabilidad, fortaleza y resistencia al fuego superior al

obtenido con otros agregados. Los concretos con agregado de escoria son hechos usualmente

con la escoria como agregado grueso y arena natural como fino para mejorar su

trabajabilidad(Ministerio de Fomento 2009).

La escoria de alto horno granulada tiene un uso inferior. El 84% es usado como base de

caminos y relleno estructural y el porcentaje restante como agregado fino de concreto; el uso en

cemento es muy pequeño pero el interés en esta aplicación está creciendo rápidamente en los

Estados Unidos, de hecho en España es uno de los usos más extendidos para este tipo de

escoria y donde existen regulaciones ya establecidas para su aprovechamiento para fabricación

de cemento Portland existiendo distintas variedades de éste según el contenido de escorias.


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La escoria expandida fue ampliamente usada como agregado ligero para concreto donde

provee mejor aislamiento térmico y resistencia al fuego en comparación a otros agregados.

Otros usos incluyen fabricación de acero, instalaciones de drenaje y material de relleno ligero

bajo condiciones adversas de suelo particulares.

Debido a que la producción de acero tiene la tendencia a utilizar para la fundición del material

Hornos de Arco Eléctrico debido a sus ventajas técnicas, económicas, y ambientales sobre la

tecnología del Alto Horno, su implementación ha crecido considerablemente en los últimos

años; patrón que se sigue a nivel mundial ya que en Europa su uso se ha incrementado un 38%

y en Estados Unidos un 45%. Países asiáticos como Indonesia, Malasia, Tailandia y Vietnam

poseen el 100% de la producción con ésta tecnología, Japón 34% y Filipinas el 71%. El ámbito

Nacional no es ajeno a esta tendencia ya que la única siderurgia con alto horno es la Industria

Acerías Paz del Río (National Slag Association 2002 ).

Desarrollo de los Cementos de Escoria

Según (CORETA 1978), la aplicación de la escoria en la fabricación de aglomerantes se inicia

en 1774 por Loriot quien la adiciona a la cal. Sin embargo, es solo después que Langen utiliza

la granulación de la escoria en 1862, que se abren nuevas posibilidades a este material. Los

primeros aglomerantes a base de escoria son fabricados en Alemania. Langen en 1872 produce

un cemento formado por una mezcla de escoria granulada e hidróxido de calcio. En 1880, se

introduce al mercado un cemento a base de Clinker y de escoria granulada posteriormente, en

1909 H. Huhl también en Alemania desarrolla el Cemento sobre sulfatado a partir de una

mezcla de escoria granulada y yeso, las primeras especificaciones fueron dadas en 1909 en

Alemania para el Cemento Portland Siderúrgico con un máximo de 30% de escoria, luego en

1917 para Cemento Siderúrgico hasta 70%. En Francia la norma oficial para cementos de

Escoria fue adoptada en 1934 y el ASTM la incorporo en 1946.

El empleo generalizado de los Cementos de Escoria se produce luego de la Segunda Guerra

Mundial, especialmente en Alemania, Francia, y Bélgica. Posteriormente, su fabricación se

extiende a los países productores de acero. En la actualidad el 10 % de la producción de

Cemento en Francia e Italia está constituida por escoria. En Bélgica y Holanda este porcentaje

llego al 20 %. En los países del Este de Europa y en la Unión Soviética la escoria constituye el

30 % de la producción del Cemento. En la U.R.S.S. el porcentaje de incorporación de la escoria

es de 50 %.

En España, (LUXÁN 1995) realizó un importante trabajo utilizando escorias negras

provenientes de dos factorías cercanas a Madrid.


18/63

Se determinó la reactividad puzolánica de estas escorias, llegándose a la conclusión de que no

poseían este tipo de reactividad. Mediante espectroscopía de absorción infrarroja se identificó la

existencia de la reacción hidráulica. Con estos resultados se realizó un estudio sobre el

comportamiento de la escoria como adición, determinando el tiempo de fraguado, la estabilidad

volumétrica, índice de actividad resistente, resistencia mecánica y la retracción en morteros.

Sobre la base de estos resultados se concluye que estas escorias no presentan ninguna

reacción perjudicial en todos los análisis y ensayos efectuados, pudiendo utilizarlas como:

Áridos en bases y sub-bases

Áridos en mezclas asfálticas

Adición en mezclas con cemento Portland para la fabricación de hormigón.

En Latinoamérica el primer productor de Cemento Portland de Escoria fue Brasil, donde en

1952 fue fabricado en Volta Redonda Cemento Tupi. En el área Andina este aglomerante es

producido en Chile y Venezuela. En el Perú lo produce desde 1976 Cementos Norte

Pacasmayo.

En Brasil, (GEYER, y otros 1997) analizaron las posibilidades de utilización y los factores que

limitan la utilización de la escoria como adición al cemento. Se realizaron los ensayos:

Determinación de la resistencia a compresión

Ensayo de puzolanicidad

Determinación de la expansión

Ensayo de carbonatación, con determinación por fenolftalena.

Para el ensayo de expansión por agujas de LeChatelier se sustituyó 35 % de cemento por

escoria y el resultado fue de expansión nula en el material. El índice de actividad puzolánica

obtenido, utilizando escoria pasante por el tamiz 0,074 mm, fue de un 70 %. La autora concluye

que la carbonatación en hormigón, con sustitución de un 5 % de cemento por escoria,

disminuye en relación con el hormigón convencional. Deduce también que las adiciones del 70

% de escoria son inviables en cuanto a la carbonatación.


19/63

PRESENTACIÓN DE LA INSTITUCIÓN

1. Fecha de Creación

La Fundación Centro Nacional de Investigación y Certificación en Vivienda, Hábitat y

Desarrollo Urbano “CENVIH” se creó el 19 de Junio de 2012, según gaceta oficial N°

39947 de la República Bolivariana de Venezuela, su actual presidente el Ing. Francisco

José Garcés Da Silva.

2. Misión

Promover un eficiente y eficaz desarrollo armónico e integral con el hábitat y el medio

ambiente a través de la investigación, desarrollo, innovación, normas y sistemas

constructivos certificados que sustenten la mejora de la infraestructura de vivienda y

hábitat en el país, priorizando al ser humano y a sus relaciones como núcleo fundamental

de la sociedad, resguardar el derecho a una vivienda digna, de calidad e idoneidad en

materiales, servicios básicos esenciales, tipologías, tecnologías, innovaciones, diseños,

usos y aplicaciones, permitiendo así su funcionalidad y sostenibilidad, contribuyendo así a

la consecución de la Suprema Felicidad Social.

3. Visión Estratégica

La Fundación “CENTRO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN Y CERTIFICACIÓN EN

VIVIENDA, HÁBITAT Y DESARROLLO URBANO” (CENVIH) será una entidad con

amplio reconocimiento nacional en la investigación y certificación de materiales y sistemas

constructivos garantizando el desarrollo de líneas de investigación y la normativa

correspondiente y así alcanzar un adecuado control de calidad en las construcciones de

vivienda y hábitat del sector público y privado.

4. Atribuciones Especificas


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4.1.- Investigar el avance de la ciencia, la tecnología y la innovación en materia de

hábitat, desarrollo urbano, vivienda y en las demás áreas afines, que el ministerio de

adscripción establezca como prioritarias para el progreso de la actividad científica y

profesional; así como para la satisfacción de las necesidades de nuestro pueblo.

4.2.- Prestar servicios técnicos en las materias indicadas en el numeral anterior.

4.3.- Normalizar, regular, certificar y controlar la calidad para asegurar la idoneidad de

los sistemas constructivos, materiales, componentes u otros elementos a ser utilizados en

las obras públicas en el territorio nacional.

4.4.- Divulgar el conocimiento a través de publicaciones de impacto regional.

4.5.- Cooperar y coordinar con las instituciones con competencia en el área, tanto en el

plano nacional como en el internacional.

4.6.- Diseñar nuevos laboratorios e integrar los ya existentes, que sean referencia a nivel

nacional, para el ensayo y certificación de sistemas en el área hábitat, vivienda, obras

públicas y materiales.

4.7.- Crear laboratorios de ensayos sísmicos, ensayo de materiales, confort y seguridad de

viviendas, procesamiento de imágenes y geotecnia.

4.8.- Investigación y desarrollo de nuevos materiales innovantes para la construcción de

viviendas y obras civiles en general, aprovechando los recursos naturales y reciclables.

La naturaleza a la que responde él (CENVIH) se ampara en los documentos oficiales

Constitución de la República Bolivariana de Venezuela en su Artículo 82°, y el Artículo

1° de la Ley del Régimen prestaciones de Vivienda y Hábitat, Los cuales consagran el

Derecho a una vivienda digna, adecuada, segura, higiénica que incluya un hábitat que

humanice las relaciones familiares, vecinales y comunitarias dentro del marco de la

corresponsabilidad Estado-Ciudadano.

5. Tamaño

Actualmente el CENVIH posee alrededor de 15 Ingenieros en la sala técnica de Investigación,

desarrollo y certificación de sistemas constructivos. En la sala Administrativas existen 6

Licenciados en administración y contaduría pública, en la directiva técnica hay 2 ingenieras a


21/63

cargo y en la presidencia 1 Ingeniero, en totalhay24 personas profesionales en el área,

incluyendo al autor de este documento.

6. Ubicación

El CENVIH se encuentra ubicada en la Avenida Mohedano con cuarta transversal de la

CASTELLANA, Quinta Guarimba N° 109 Chacao – Caracas – Venezuela.


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CENVIH

MPPCTI

CNTQ

FII

FUNVISIS

IVIC

IDEA

IMME-UCV

CODECYT

Centro Nacional de Tecnología y Química

Fundación Instituto de Ingeniería para Investigación y desarrollo Tecnológico

Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas

Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas

Instituto de Estudios Avanzados

Instituto de Materiales y Modelos Estructurales / Universidad Central de Venezuela

Corporación de Desarrollo Científico y Tecnológico

QUIMBIOTEC Química, Biotecnología al Servicio Social, C.A

7. ENLACES DIRECTOS CON ENTES Y UNIVERSIDADES DEL ESTADO

SIDOR Siderúrgica del Orinoco “Alfredo Maneiro”


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CENVIH

GRAN VISIÓN VIVIENDA VENEZUELA

PDVSA LA ESTANCIA

FUNDACARACAS

MINISTERIO DEL PODER POPULAR DE PETRÓLEO Y MINERÍA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA VIVENDA Y HÁBITAT

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA INDUSTRIAS –CORPIVENSA

8. PROYECTOS DIRECTOS CON ENTES DEL ESTADO


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9. Proyectos Actualmente en Ejecución por el CENVIH

Análisis de las Patologías Estructurales de los Edificios en las Terrazas 10 y 11 del Desarrollo

Habitacional El Morro, Sector El Morro, Parroquia Petare, Municipio Sucre, Estado Miranda –

Venezuela.

Caracterización de materiales de la superestructura(IMME / Ing. Trino Baloa)

Levantamiento Planimétrico y Altimétrico (FP GEOMATIC / Ing. Felipe Pérez)

Inspección de las edificaciones para control de grietas y verificación de obras civiles de los

asentamientos diferenciales de las edificaciones.

Evaluación Estructural y Sismorresistente del Edificio N° 2 de la Terraza N° 11 (Ing. Gustavo

Coronel).

Evaluación Estructural del Edificio de la antigua sede de Laboratorios de INGEOMIN-PDVSA,

ubicada en la urbanización Alta Florida, Municipio Libertador del Distrito Capital; todo ello como

parte de la Asesoría a PDVSA LA ESTANCIA para el estudio de Infraestructuras y Materiales de

Edificaciones Patrimoniales bajo su cargo.

Revisión de proyecto de adecuación estructural propuesto

Inspección para diagnóstico de la Superestructura (Ing.BudimirSpasic)

Caracterización de Materiales de la Superestructura (IMME / Ing. Trino Baloa)

Pruebas de Carga en tres (3) paños de losas de la Superestructura (SERVICIOS TÉCNICOS

DE INGENIERÍA R.S. e IMME (Instrumentación)).

Modelados de la Superestructura existente y del Proyecto de Adecuación Estructural propuesto

originalmente.

Estudio de suelo en la antigua sede de los Laboratorios de INGEOMIN.

Estudio de exploración y caracterización Geomecánica del subsuelo

Proyecto de recalce de fundaciones.

Atención al Representante en Venezuela del Consorcio CANAPAlithos-CMF Tecnology-

FIBRANOVA, que plantea al Ministerio del Poder Popular para Ciencia Tecnología e Innovación

(MPPCTI), el apoyo tecnológico para implantar una Fábrica de Biopaneles conformados por la

mezcla de Biomasa o Desecho Vegetal (Bagazo de Caña, Cascarilla de Arroz, Mazorca de Maíz

y Viruta de Madera) con ligante ecológico.


25/63

Captación de los resultados de los ensayos realizados en la Universidad de Bologna (Italia), y

del listado de las Normativas Europeas e Internacionales utilizadas en sus concernientes

homologaciones; todo ello para profundizar y documentar las características físico-mecánicas

de los materiales desarrollados.

Solicitud de partes y piezas (incluyendo Bloques y Ladrillos Ecológicos) requeridas para llevar a

cabo las pruebas y los ensayos pertinentes a sus correspondientes caracterizaciones físicas,

químicas y mecánicas, así como a sus propiedades sismorresistentes.

Implantación y Evaluación de un Sistema de Recolección Integral, alternativo y sostenible de

residuos y desechos sólidos generados en el Sistema Teleférico "WarairaRepano", que permita

su aprovechamiento y mejore las condiciones socio-ambientales.

Monitorear y caracterizar los residuos generados en las instalaciones del sistema teleférico

WarairaRepano, e identificar las fuentes generación.

Evaluar y proponer mecanismos de recolección y transporte y diseñar formas de

Almacenamiento y acopio.

Formular técnicas de recuperación, procesamiento y aprovechamiento de los residuos y

desechos sólidos (orgánicos y no orgánicos) y recomendar métodos de tratamiento y

disposición final.

Evaluar los rendimientos obtenidos proponer futuros abordajes en instalaciones similares

Creación y Revisión de Normas Constructivas de Obligatorio Cumplimiento.

• Designación del CENVIH como órgano competente para ejercer la secretaria del comité

técnico de obras Civiles por parte de SENCAMER.

• Revisar, actualizar y llevar reglamento técnico dos Normas COVENIN y el desarrollo de la

Norma para muros de mampostería.

Formalizar la obligatoriedad de la Norma FONDONORMA 1753-2006 "Estructuras de Concreto

Armado para Edificaciones. Análisis y Diseño", por medio de una Reglamentación Técnica

Revisión y Actualización de la Norma COVENIN 1756-2001 "Edificaciones Sismorresistentes

(Parte 1: Articulado y Parte 2 Comentarios)" y llevarla también a Reglamentación Técnica a los

fines de su obligatoriedad


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MARCO CONCEPTUAL

Clinker

Es el producto de la mezcla y la calcinación de piedra caliza y arcilla, a unos 1450°C. Es el

componente principal del cemento. Al molerse y mezclarse con yeso y adiciones se produce el

cemento.

Cemento

Es un conglomerante, que une o da cohesión, se presenta en forma de polvo que se obtiene de

pulverizar duras rocas (caliza) y arcilla luego quemarlas en un horno rotatorio y agregar yeso, y

de nuevo molerlas. Tiene la peculiaridad de endurecerse con el agua y producir compuestos

mecánicamente resistentes.

Cemento Pórtland

Es un alúmino silicato de calcio, patentado por J. Aspdin en 1824, y denominado Pórtland por

su semejanza a una piedra que abunda en esa localidad de Inglaterra. Se obtiene por

calentamiento incipiente (aproximadamente 1300ºC) de una mezcla de minerales finamente

molidos, formados por piedra caliza y arcilla. El calentamiento se efectúa en hornos giratorios

levemente inclinados de 3m de diámetro y 100 m de largo.

El Material obtenido denominado “clinker” se muele finamente adicionándole de un 2% a 3% de

yeso para evitar que fragüe instantáneamente, véase en la tabla N° 3

Los compuestos del cemento así formado son:

Tabla 3. Componentes del Cemento Pórtland

NOMBRE FÓRMULA FÓRMULA DE OXIDOS PORCIENTO

Silicato Dicálcico Ca2SiO4 SiO2. 2caO 32%

Silicato Tricálcico Ca3SiO5 SiO2.3CaO 40%

Aluminato Tricálcico Ca3Al2O6 Al2O3. .3CaO 10%

Ferroaluminato Tetra Ca4Al2Fe2O10 Al2O3. Fe2O3.4CaO 9%

Sulfato de Calcio 1 CaSO4 2-3%

En estos compuestos el magnesio puede reemplazar al calcio, existen también silicatos y

ferroaluminatos de sodio y potasio.


27/63

Para expresar la composición de un determinado cemento, generalmente se determinan en

conjunto los óxidos que forman los compuestos antes mencionados.

La composición química media porcentual de dos tipos de cemento es:

Tabla 4. Óxidos Componentes del Cemento Fraguado

En forma simplificada podemos decir que en los distintos tipos de cemento su composición

varía entre:

55 – 65% de CaO + MgO

20 - 25% de SiO2 + SO3

8 - 15% de Al2O3 + Fe2O3

Cemento Portland con Adiciones

Es el producto obtenido por la pulverización conjunta de Clinker Portland y otros materiales

caliza, cenizas volantes, puzolanas, con la adición de agua y sulfato de calcio, para ser usados

en la producción de concreto y morteros para usos específicos (COVENIN 3134 1994).

La Escoria

Es un subproducto de la industria de acero formado fundamentalmente por calcio, hierro y

silicato de magnesio, que se obtiene por las reacciones químicas que tienen lugar en los

procesos de formación de los metales.

Las escorias generadas en la producción de acero por el proceso de horno de arco eléctrico

son, en su mayoría, de dos tipos: oxidantes y reductoras o negras y blancas, respectivamente.

Esta nomenclatura se debe a las dos etapas de las que consta dicho procedimiento que son:

fusión (marcha oxidante) y afino (marcha reductora) (AMARAL y L. 1999).

Óxidos componentes Lento Rápido

Sílice SiO2 20% 22%

Óxido ácido sulfúrico SO3 1,6% 2,7%

Óxido férrico Fe2O3 4% 4%

Óxido de aluminio Al2O3 4% 10%

Óxido de calcio CaO 62% 55%

Óxido de magnesio MgO 2% 2,8%

Óxidos de Na y K 0,3% 0,3%

Pérdidas por calcinación 7,4% 3,1%


28/63

La escoria negra se obtiene en la primera etapa del proceso y está compuesta principalmente

por óxido de hierro, calcio, silicio y aluminio. De esta se genera un volumen mucho mayor que

de la escoria blanca, la cual posee una cantidad alta de finos provenientes del fenómeno de

pulverización del silicato di cálcico durante el enfriamiento de la escoria.

INFORME TÉCNICO

2. EXPERIMENTAL, MÉTODO Y MATERIALES

El desarrollo experimental se divide en tres (03) apartados, en el primero de ellos se estudian

las características fisicoquímicas de la escoria negra de acero tipo vesicular. Posteriormente a

ello se realizaron seis (06)mezclas de morteros de cemento, con una sustitución parcial de

cemento por (5, 10, 15, 20 y 50) % de escoria negra de acero, con el objeto de comparar su

influencia en el comportamiento mecánico, por último determinar el tiempo de fraguado y la

estabilidad volumétrica de todas mezclas en estudio.

2.1. Materiales

2.1.1 Escoria negra de acero

Se utiliza la Escoria Negra de Acero de tipo Vesicular o Porosa, proveniente del Departamento

de Ambientey del Instituto de Investigaciones Metalúrgica y de Materiales de la Siderúrgica del

Orinoco (SIDOR) En la figura 1, se presenta el aspecto físico de la escoria negra de acero

proveniente del patio de residuos de la Siderúrgica del Orinoco, la cual se encuentra al Sur de

Venezuela, coordenadas( 8°21′″N 62°43′″O) Ciudad Guayana,Estado Bolívar,www.sidor.com.

http://toolserver.org/~geohack/geohack.php?pagename=Puerto_Ordaz&language=es&params=8_21__N_62_43__W_

http://www.sidor.com/


29/63

2.1.2. Cemento

El cemento utilizado en la preparación de los morteros es un cemento portland tipo I-R

suministrado por la Fábrica Nacional de Cemento ubicada en el Valle - Caracas (Venezuela).

2.1.3. Preparación de Mezclas

Para los morteros de cemento se realizaron según las especificaciones exigidas por la Norma

COVENIN 484-93 Cemento Portland. Determinación de la resistencia a la compresión de

morteros en probetas cubicas de 50,8 mm de lado y la Norma COVENIN 3134-94 Cementos

adicionados.

Elaboración de las Probetas de Ensayos:

Se ensayaron 3 probetas cúbicas para las edades 3 y 7 días, mientras que para los 28 días de

ensayo se ensayaron 6 probetas cúbicas con una resistencia a la compresión a esta edad de

350 kgf/cm2.

Arena Normalizada Gradada:

La arena usada para la elaborar las probetas de ensayo, debe cumplir con lo especificado en la

Norma Venezolana COVENIN 2503.

Dosificación:

Las proporciones de los materiales secos del mortero normalizado, deberán ser una

parte de cemento a 2,75 partes de arena gradada normalizada en peso; esta proporción

es válida solamente en el caso de usar arena de Ottawa u otra de granulometría

equivalente.

Se deberá utilizar una relación agua-cemento de 0,485 para todos los cementos

portland.

Figura 1 Coordenadas de SIDOR en Venezuela

Fuente:Google+mapasid

Figura 3 Patio de Almacenamiento SIDOR Figura 2 Patio de Almacenamiento SIDOR Vista Aérea


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La cantidad de agua mezclado, medida en ml, para otros cementos tales como portland

escoria, deberá ser tal que produzca un flujo entre 105 y 115 % del peso del cemento.

Se mezclan a la vez las siguientes cantidades, en la mezcladora de morteros para

elaborar nueve probetas según la siguiente tabla N° 3:

Tabla 5. Dosificación de los Morteros

MATERIALES

Mezclas para 9 Probetas

Porcentaje de escoria negra de acero vesicular

Control (0%)

5% 10% 15% 20% 50%

Cemento (gr) 740 703 666 629 592 370

Arena Ottawa (gr) 2.035 2.035 2.035 2.035 2.035 2.035

Agua (ml) Portland (a/c) = 0,485

359 359 359 359 359 359

Escoria Negra de Acero

0 37 74 111 148 370

Otros (flujo de 110 + 5)

− − − − − −

Cuando se debe ensayar la muestra a los 3, 7 y 28 días.

Se compacta el mortero en cada compartimiento cúbico 32 veces alrededor de 10

segundos. Esto se hace en 4 vueltas y cada vuelta, deberá ser en ángulo recto con la

anterior.

2.2. Técnicas y Metodologías de Ensayos

Estudios realizados:

Caracterización química, física, mineralógica y mecánica.

Técnicas experimentales empleadas

1. Ensayos químicos

2. Difracción de Rayos X

3. Microscopia electrónica de barrido

4. Granulometría laser

5. Análisis diferencial de temperatura o termogravimetría

6. Tiempo de fraguado del cemento sin y con adición de escoria de acero

7. Ensayo de resistencia a la compresión del mortero

8. Finura Blaine

9. Expansión Volumétrica método en Auto-Clave


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2.2.1. Composición Química por Fluorescencia Rayos X por Reflectancia Total.

La cuantificación de los elementos presentes en la distintas muestras, se llevaron a cabo en un

equipo de Espectrometría de Fluorescencia de Rayos X por Reflectancia Total, Marca Bruker

modelo S2 PICOFOX. La fuente de rayos X opera con una potencia 30 W or 40 W metal-

ceramic, max. 50 kV, 1 mA de voltaje, con una tarjeta de Mo y con un sistema de enfriamiento

por aire.

Las muestras previamente tratadas con una mezcla de Metaborato de Litio/ tetraborato de litio

se lleva a solución, para luego ser suspendidas en los porta muestras de Cuarzo. El equipo

permite análisis de elemento por encima del Al ocupando todos los elementos de la tabla

periódica.

2.2.2. Difracción de Rayos X

Para la caracterización mineralógica se realizó un análisis por difracción de Rayos X (DRX)

empleando un difractómetro modelo D8 Advance, marca BRUKER.

Los patrones de difracción se obtuvieron en el intervalo de 10° y 90° (2θ) con incrementos de

0.02° y 001°. En los experimentos se utilizó la radiación de fuente de Cu (λ=1.586 Å),

manteniendo la temperatura a 298 K. Luego, estos fueron analizados con dos programas

distintos Fullprof y XPowder con el fin de verificar en sus bases de datos los posibles

compuestos presentes en la muestra. Una vez identificadas las fases se procedió a realizar el

análisis cuantitativo, aplicando el método de Rietveld en el programa X Powder y Fullprof.

2.2.3. Microscopía Electrónica

Se realizó los ensayos de microscopia electrónica de barrido sobre el cemento, la escoria negra

de acero, y sobre los morteros adicionados empleando un equipo marca Jeol JMS-6390. Las

muestras fueron recubiertas en oro para facilitar la conductividad eléctrica de la mismacon un

tiempo de exposición de 90 segundos a una intensidad de 40 mA y una distancia de trabajo de

5 mm. La presión a la que se realizó el proceso de recubrimiento fue de 2,4 x 10-2 mbar.

2.2.4. Análisis Granulométrico

Las medidas de granulometría por difracción láser (ADL) se realizó tanto al cemento como a la

escoria negra de acero, se realizaron con un equipo Malvern Instruments Ltd, modelo

Mastersizer 2000 Ver. 5.00, serial number 34035-05. El rango del equipo es de 0,02 a 2000

micras. Las medidas se realizan en un medio acuoso y a las suspensiones se les aplica


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previamente un minuto de ultrasonidos, con la sonda propia del equipo, para disgregar posibles

aglomerados de partículas, las muestras fueron usadas directamente en la cuba, agitación

fuerte, ultrasonido continuo al 70%.

2.2.5. Análisis Térmico

Los análisis termogravimétricos se realizaron utilizando un equipo TGA-DTA modelo 2960 TA

Instruments a una masa de muestra (mg) 7-12, Intervalo de temperatura (ºC) 50-1200, tiempo

isoterma a 1200°C (min) 5,Rampa de calentamiento (ºC/min) 10,flujo de Aire (mL/min) 100, que

permite realizar medidas hasta 1250°C. Este equipo permite medir simultáneamente la curva

termogravimétrica y la curva de análisis térmico diferencial (DTA).

2.2.6 Tiempo de Fraguado

El ensayo de tiempo de fraguado se realizó por medio de la aguja de Vicat, marca ELE modelo

38-2012 (CT-1A), de operación manual, este aparato permite medir la consistencia normal. El

procedimiento resumido es que primero se elabora una pasta con el contenido de humedad

determinado en la prueba de consistencia normal, que se introduce en un molde tronco cónico

de dimensiones estándar, en cuya parte superior se coloca la aguja de 1 mm de diámetro, el

cual soporta un émbolo con una masa de 300 gr y se deja que penetre en la pasta de cemento

por su propio peso durante un lapso de 30 s.

2.2.7 Resistencia a la Compresión

Este método de ensayos uno de los más importante sobre este estudio de investigación, se

empleó para determinar la resistencia a la compresión de morteros de cemento hidráulico y

otros morteros adicionados con escoria de acero, por medio de una máquina de ensayo a

tracción modelo C41H4 rango 0 a 200 KN, marca Controls. Cada probeta, es previamente

secada, se coloca en el dispositivo de compresión, el cual, a su vez estará colocado entre los

platos de la prensa. A continuación, se somete a un esfuerzo continuado de compresión, con

una velocidad de carga de 1MPa ± 0,1 MPa/seg, que para una probeta cilíndrica de 5 cm de

diámetro (Area = 19,63 cm2) se corresponde con, aproximadamente, 2000 N/s.

2.2.8 Finura Blaine

Dicho método se empleó un equipo de Blaine marca HUMBOLDT trabajada a una temperatura

de 21,0 °C, utilizando el peso específico del cemento que fue de 2.8685gr. con un patrón

estándar de 114p – 3818 cm2/gr y un factor de calibración de 437.236/cm2xs-1/2/gr. Con este

ensayo determinamos la superficie específica de cemento adicionado con un (5 – 10 – 15 – 20

y 50) % de escoria negra de acero.


33/63

Se debe utilizar un permeámetro de Blaine que consta de celda de permeabilidad, disco

perforado, émbolo, papel filtro, manómetro, líquido manométrico y cronómetro. La muestra del

ensayo tomada y preparada debe estar a la misma temperatura del laboratorio.

2.2.9 Expansión Volumétrica

Para este ensayo se utilizó un equipo de cámara de vapor marca BOEKEL modelo NB2037. El

manómetro debe tener un diámetro mínimo de 100 mm, estar graduado de 0 a 4,2 Mpa, con

divisiones no mayores a 0,005 Mpa y con una tolerancia de + 0,02 Mpa a la presión de

operación de 2,1 Mpa. Cámara de curado húmedo. Debe tener unas dimensiones necesarias

para que las probetas de ensayo puedan almacenarse con facilidad y estar acondicionadas

para mantener una temperatura de 20 ± 2ºC y una humedad relativa no menor de 90 %.

2.3. Adiciones activas

La norma COVENIN 483-92 “Cementos y sus constituyentes. Definiciones” indica que las

adiciones activas son materiales que poseen propiedades hidráulicas latentes que son capaces

de fijar la cal. En la norma COVENIN 3134-94 “Cementos con adiciones” presenta los requisitos

mínimos que deben cumplir los cementos portland con adiciones para que sean usados en la

producción de concretos y morteros para uso específico.

3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

3.1 Ensayo de Espectroscopia de Fluorescencia de Rayos x, por Reflectancia Total

Análisis Químico de la Escoria Negra y el Cemento Portland tipo I

Para el análisis químico de las muestras de escoria negra y el cemento portland, se pudo notar

que en la escoria se encuentra una concentración de Calcio (Ca) por el orden de 42,046 ± 0,406

g por cada 1 kg de escoria negra y de Hierro (Fe) 65,674 ± 2,467 g por cada 1 Kg de escoria

representado por la fase CaO (X) y FeO (X) respectivamente.

Los elementos trazas encontrados para la escoria fueron Ti, Cr, Mn, Ni, Zn, obteniendo bajo los

límites de sensibilidad de detección el (Si), la cual efectivamente se encuentra en muy bajas

concentraciones en la escoria.

Para el cemento Portland tipo I se encuentra una concentración de Calcio (Ca) por el orden de

128,727 ± 2,714 g por cada 1 kg de cemento y de Silicio (Si) 10,141 ± 2,723 g por cada 1 Kg

de cemento representado por la fases Ca2S y Ca3S como fases mayoritarias.


34/63

Estas determinaciones demuestran que la escoria tendrá efectos sobre el proceso de fraguado

fundamentalmente como mezcla cementante o hidráulica, con muy poca o ninguna actividad

puzolánico, por lo que el aumento de resistencia mecánica con un (5, 10, 15) % de adición se

debe fundamentalmente a efectos hidráulicos y mecánicos previamente mencionados.


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Tabla 6 Espectroscopia de la Escoria Negra de Acero

Fuente: Laboratorio de Rayos X / Universidad Simón Bolívar USB

Tabla 7 Espectroscopia del Cemento Portland tipo I

Fuente: Laboratorio de Rayos X / Universidad Simón Bolívar USB

Muestra Escoria Negra de Acero

Elemento Conc. Conc. PROMEDIO SD Conc. SD LD Conc % Elemento

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/kg mg/kg mg/l

Al

8113 12.283 0.811295 Al

Si

3373 5.106 0.337252 Si

P 3.007 5.765

1815 2.748 0.181506 P

S

766 1.159 0.076552 S

K

184 0.279 0.018428 K

Ca 64.092 63.223 63.66 0.614 42046 406

4.20459 Ca

Ti 1.313 1.276 1.29 0.026 855 17

0.085502 Ti

Cr 3.901 3.906 3.90 0.004 2578 2

0.257827 Cr

Mn 12.487 13.249 12.87 0.539 8499 356

0.849934 Mn

Fe 96.789 102.071 99.43 3.735 65674 2467

6.567371 Fe

Ni 7.554 8.222 7.89 0.472 5210 312

0.521004 Ni

Zn 3.246 3.547 3.40 0.213 2243 141

0.224339 Zn

Br 0.288 0.28 0.28 0.006 188 4

0.018758 Br

Sr 0.131 0.107 0.12 0.017 79 11

0.00786 Sr

Muestra Cemento Portland Tipo I

Element Conc. Conc. PROMEDIO SD Conc. Metal SD LLD Conc. % Element

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/kg mg/kg mg/l

Al

13.936

11.962 1.027663 Al

Si 9.563 14.046 11.8045 3.16996 10141 2723 1.014132 Si

P

3.635

2.719 0 P

S

1.15 0 S

K 0.843 0.867 0.86 0.02 735 15

0.073454 K

Ca 147.605 152.072 149.84 3.16 128727 2714

12.87272 Ca

Ti 0.837 0.66 0.75 0.13 643 108

0.064304 Ti

Mn 0.33 0.306 0.32 0.02 273 15

0.02732 Mn

Fe 11.393 11.276 11.33 0.08 9738 71

0.973754 Fe

Ni 0.069 0.083 0.08 0.01 65 9

0.006529 Ni

Zn 0.091 0.121 0.11 0.02 91 18

0.009107 Zn

Br 0.271 0.28 0.28 0.01 237 5

0.023668 Br

Sr 1.389 1.333 1.36 0.04 1169 34

0.116924 Sr


36/63

3.2Ensayo Difracción de Rayos X, Método Rietveld

En el presente apartado se observan en las gráficas N° 1, N° 2, y N° 3, donde se aprecian los

difractogramas del cemento portland tipo I, la escoria negra, y la escoria negra sinterizada a

una temperatura de 1200°C respectivamente

En el difractograma N°1, corresponde al análisis del cálculo cuantitativo de las fases que

componen el cemento portland tipo I, en el mismo se presenta como estructuras cristalográficas

mayoritarias presentes en el cemento el Ca2S (Silicato dicálcico) seguida por el Ca3S (Silicato

tricálcico), y otras minoritarias a saber cómo la Gibsita y Brownmillerite. Resumiendo en la tabla

N°1 los resultados con los datos cristalográficos de las fases presentes.

Tabla 8 Datos Cristalográficos de Fases Presentes en el Cemento. Fuente: Laboratorio de Rayos X

/ Universidad Central de Venezuela UCV

Es de hacer notar que la fase mayoritaria es la familia cristalográfica del Ca2S con un 70,50 ±

8.7 % en la muestra, la cual no corresponde con los estándares del cemento portland tipo I.

Estando estos resultados en discusión en muchas empresas dado a los problemas que se

presentan en el cemento actualmente. Las fases de los aluminatos cálcicos no se evidencian en

los resultados presentados, debido al poco tiempo de medida concedida para los análisis por

difracción de rayos X.

El Tratamiento térmicos realizado a la escoria con una rampa de calentamiento de 10°C/m

hasta 1200 °C, y manteniendo la muestra 20 min temperatura constante, se observa claramente

proceso descomposición y oxidación de la Wustita a hematita. Después del tratamiento

térmico, la reacción sólido-sólido posible entre los metales mayoritarios en la muestra a saber,

materiales clástico de calcio, junto a los de hierro, hacen que se forme un nuevo compuesto

quizás con propiedades hidráulicas más interesantes que la misma muestra (escoria sin tratar)

Fase Clase Grupo

Cristalino Conc (%) Constantes de red

Ca3S Trigonal R3m 12,3 (1,5) a=7,0567 = b c= 24,974

Ca3S monoclínico P 14,8 (1,5) a=12,23 = b=24,96 c= 7,034

Ca2S Ortorrómbico Pnma 13,3(1,6) a=11,371 = b=6,782 c= 5,091

Ca2S monoclínico P21/n 27,6(2,7) a=5,5078 = b=6,7509 c= 9,3065

Ca2S Ortorrómbico Pmcn 19,3(2,8) a=11,184 = b=18,952 c= 6,837

Ca2S Ortorrómbico Pbm 10,3 (1,6) a=5,091 = b=11,371 c= 6782


37/63

Gráfica 1Difractograma Método Rietvield Cemento Portland tipo I

Fuente: Ing. Neil Martinez / Univeridad Simón Bolivar USB - Caracas


38/63

Gráfica 2Difractograma Escoria Negra de Acero

Fuente: Laboratorio de Rayos X / Universidad Central de Venezuela UCV

escoria repticion 30Kv 25 mA barrido 2 g min

Operations: Import

File: lodo mariposa 2 g min 35 Kv 25 mA.raw - Type: 2Th/Th locked - Step: 0.100 ° - Step time: 3.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Time Started: 0 s - Theta: 1.000 ° - - Phi: 0.000 ° - - - - - - - Disp lay plane: 1 - WL1: 1.54060 - WL2: 1.54439 - Int. Rat io: 0.50000 - Slit Meas.= Variable - Slit Simul.= No: Variable - X-Offset: 0.000 ° - Displ.: 0.000 mm - Company: uni Venezuela - Operator: Administrator - Comment: ADJUST

Lin (C

ount

s)

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

6 0 0

7 0 0

8 0 0

9 0 0

1 0 0 0

1 1 0 0

1 2 0 0

1 3 0 0

1 4 0 0

1 5 0 0

2-Theta - Scale

2 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0


39/63

Gráfica 3Difractograma Escoria Negra sinterizada a 1200°C

Fuente: Laboratorio de Rayos X / Universidad Central de Venezuela UCV

escoria calcinada a 1200 oC 2 g min 35 Kv 25 mA

Operations: Import

File: escoria calcinada a 1200 oC 2 g min 35 Kv 25 mA.raw - Type: 2Th/Th locked - Step: 0.100 ° - Step time: 3.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Time Started: 0 s - Theta: 1.000 ° - - Phi: 0.000 ° - - - - - - - Display plane: 1 - WL1: 1.54060 - WL2: 1.54439 - Int. Ratio: 0.50000 - Slit Meas.= Variable - Slit Simul.= No: Variable - X-Offset: 0.000 ° - Displ.: 0.000 mm - Company: uni Venezuela - Operator: Administrator - Comment: ADJUST

Lin (

Counts

)

0

100

200

300

400

500

600

2-Theta - Scale

2 10 20 30 40 50 60 70 80


40/63

3.3 Microscopia Electrónica de Barrido con detector EDX, análisis por electrones

secundarios.

En la figura 4 y 5, se muestras los resultados de los estudios de microscopia electrónica de

barrido con electrones secundarios, de las muestras de escoria negra y cemento portland tipo 1,

con un aumento hasta 10 m. La distribución de tamaño de partículas uniforme en el cemento

junto a tamaños mayores comparadas con la de la escoria, hacen que las escoria tenga

mejores probabilidades de ofrecer un efecto mecánico que tenga como consecuencia un

aumento en la resistencia mecánica, y una disminución de la permeabilidad. Esto ocurre dado

que estas partículas se pueden incorporar durante el proceso de fraguado en las porosidades

gelares del mortero, y así lograr cerrar u obstruir la porosidades interconectadas en la muestra

disminuyendo la permeabilidad, además qué, a menores tamaños de partículas las capacidad

de la escoria como especie cementante hidráulica mejora notablemente.

Figura 4 Micrografía 10µm de Aumento Tomados por MEB por Electrones Secundarios Cemento Portland I-R

Fuente: Laboratorio de Microscopía / Universidad Simón Bolívar

ElementLine

Weight %

Atom %

C K 0.59 1.53

O K 19.47 37.97

Mg K 0.75 0.96

Al K 1.98 2.29

Si K 6.58 7.31

S K 3.16 3.08

Ca K 56.94 44.32

Fe K 2.21 1.23

Au L 8.31 1.32

Total 100.00

ElementLine Weight %

Atom %

C K 13.97 27.02

O K 26.77 38.87

Mg K 5.70 5.45

Al K 5.24 4.51

Si K 5.51 4.55

Ca K 26.67 15.46

Ti K 0.09 0.04

Mn K 0.69 0.29

Fe L 6.70 2.79

Au L 8.67 1.02

Total 100.00

Figura 5 Micrografía 10µm de Aumento Tomados por MEB por Electrones Secundarios Escoria

Negra de acero



41/63

Figura 6 MEB/EDX Electrones Secundarios

del Mortero Patrón

Fuente: Laboratorio de Microscopía /

Universidad Simón Bolívar

Figura 7 MEB/EDX Electrones Secundarios Mortero 5% de Escoria Negra

Fuente: Laboratorio de Microscopia / Universidad Simón Bolívar

Element Weight% Atomic%

O K 53.50 72.30

Na K 0.58 0.54

Al K 0.49 0.40

Si K 10.09 7.77

K K 0.32 0.18

Ca K 34.52 18.62

Fe K 0.49 0.19

Total 100.00

Elementline Weight% Atomic%

C K 6.88 12.45

O K 45.61 61.93

Mg K 0.60 0.54

Al K 5.59 4.50

Si K 2.32 1.79

Ca K 23.17 12.56

Ti K 1.17 0.53

Mn K 0.51 0.20

Fe K 14.14 5.50

Total 100.00


42/63

Figura 8 MEB/EDX Electrones Secundarios Mortero con 10% de Escoria Negra


Figura 9 MEB/EDX Electrones Retrodispersados Mortero 15 % de Escoria Negra



Elementline Weight% Atomic%

C K 21.74 32.49

O K 45.64 51.22

Mg K 0.63 0.47

Al K 1.69 1.13

Si K 5.77 3.69

Ca K 21.49 9.63

S K 1.29 0.72

Mn K 0.51 0.20

Fe K 1.06 0.34

Total 100.00


C K 13.45 20.70

O K 53.25 61.54

Na K 0.43 0.35

Mg K 0.65 0.49

Al K 1.82 1.25

Si K 8.15 5.36

S K 1.03 0.59

K K 0.37 0.18

Ca K 20.23 9.33

Fe K 0.62 0.20

Total 100.00


C K 8.23 21.67

O K 15.47 30.60

Mg K 2.96 3.85

Al K 0.61 0.71

Si K 1.53 1.72

Ca K 4.99 3.94

Mn K 2.27 1.31

Fe K 63.65 36.06

Zn K 0.29 0.14

Totals 100.00

Macroporosidad


43/63




En los análisis de microscopia electrónica de barrido con electrones retrodispersados

correspondientes a los morteros con distintas cargas de la escoria negra (0, 5, 10, 15, 20 y 50)

%, se pude observar lo siguiente:

En la muestras se presentan la micrografías correspondientes al agregado fino (SiO2), la

matriz compuestas por fases hidratadas de silicatos cálcicos (Tobermorita) CSH, y finalmente

las partículas de la escoria negra identificadas dentro de la matriz de cemento dado que

poseen análisis semicuantitativo de concentraciones altas calcio y hierro.

Lamentablemente con la técnica de preparación por embutido a temperatura ambiente de las

muestras, no se pudieron observar

porosidades, la cual era uno de los

objetivos para lograr asociar la resistencia

mecánica de las muestras evaluadas con

la distribución de porosidades y tamaños de

poros formados durante el tiempo de

fraguado.

Se debe hacer notar el resultado presentado

en la micrografía que corresponde con una

carga del 20% de escoria negra. En la micrografía se observa imágenes correspondientes a el

SiO2, las partículas más pequeñas que se asocian con la escoria negra según análisis EDX, y


C K 11.91 19.19

O K 48.18 58.28

Na K 0.80 0.67

Mg K 2.60 2.07

Al K 2.38 1.71

Si K 9.26 6.38

S K 0.65 0.39

K K 0.73 0.36

Ca K 20.51 9.91

Fe K 2.99 1.03

Total 100.00

Macroporosidades


44/63

finalmente imágenes de Tobermorita CSH, las cuales se observan muy pocas en los otros

muestras de morteros.

Es de resaltar que esto nos lleva a concluir que el mantenimiento de la resistencia mecánica en

estas proporciones de escoria se debe a la mayor formación de Tobermorita o CSH en el

sistema.

3.4 Estudio de Granulometría Laser

Las curvas que se muestran en este ensayo granulométrico revelan que el cemento portland

tipo I presenta un comportamiento casi continuo con respecto a la escoria negra de acero, las

dos muestras se disolvieron utilizando como dispersante agua, las muestra fueron usada

directamente en la cuba, con agitación fuerte y ultrasonido continuo al 70%.

En la figura 12, se observa el estudio por granulometría laser del cemento y la escoria. En la

misma se obtiene para el cemento una distribución de tamaños de partículas monomodales que

abarca un rango entre 5 y 10 , distinto se presenta para la escoria la cual es bimodal con

rangos de distribución de partículas que van desde 0.2 hasta 110 , la distribución es de casi

un 80 % para tamaños de partículas por debajo de 10 , y el resto por encima de 10 hasta

120 .

Figura 12 Granulometría Láser Escoria Negra de Acero & Cemento Portland I-R

Fuente: “CAIC” Centro de Asistencia a la Industria Cerámica IUT


45/63

3.2 Estudios Termogravimétricos

Condiciones experimentales del análisis termogravimétrico para el estudio de la escoria negra

de acero:

Masa de muestra (mg) 7-12

Intervalo de temperatura (°C) 50-1200

Tiempo Isoterma a 1200°C (min) 5

Rampa de Calentamiento (°C/min) 10

Flujo de Aire (ml/min) 100

Las curvas obtenidas con el análisis térmico (gravimétrico y diferencia) muestran las distintas

etapas en las que tiene lugar la descomposición térmica del cemento las cuales podemos

describir a continuación:

La escoria objeto de estudio, comienza a descomponerse entre 48 y 171°C en ese intervalo el

cemento comienza a perder el agua físicamente absorbida, dando lugar a una reducción de

peso del 1.66%. Entre los intervalos de temperatura de 214 y 325°C se produce un pequeño

efecto endotérmico acompañado de una pérdida de peso del 1.52% que puede ser debido a la

pérdida del H2O estructural de los carbonatos hidratados (QUERALT, y otros 1997), un segundo

pico endotérmico aparece entre 325 y 413°C la cual implica una pérdida de peso del 1.73% y se

podría decir que es debido a la deshidratación de los hidróxidos de hierro y magnesio (SETIÉN,

HERNÁNDEZ y GONZALEZ 2009). Finalmente, entre 413 y 723°C se produce una

descomposición endotérmica de los carbonatos con liberación de CO2 el cual, sufre una

pérdida significativa del 5.38% de masa. Entre los intervalos de tiempo de 723 y 1180°C sufre

una ganancia de peso del 0.57% eso se debe a que la escoria reacciona con el aire y genera

otros tipos de óxido dentro de la muestra. El residuo total fue del 89.41%

1.655%

1.524%

1.733%

5.375%

0.5742%

48.30°C99.55%

1179.09°C89.41%

723.08°C

413.40°C

324.92°C

213.75°C

170.65°C

-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08D

eri

v.

We

igh

t (%

/°C

)

88

90

92

94

96

98

100

We

igh

t (%

)

0 200 400 600 800 1000 1200

Temperature (°C)

Sample: Escoria de acero negro 4 rep 3Size: 10.9269 mgMethod: Analisis CQA

TGA-DTAFile: F:...\Escoria de acero negro 4 rep 3.001Operator: ClarimarRun Date: 15-Oct-2013 10:35Instrument: 2960 SDT V3.0F

Universal V4.5A TA Instruments


46/63

Figura 13 Curvas TGA - DTA de la Escoria Negra de Acero

Fuente: Laboratorio de Catálisis por Sulfuros Metálicos UCV

0.4638%

0.3042%

0.6012%

0.4080%

0.5112%

53.81°C99.79%

125.27°C

394.12°C

451.97°C

499.61°C

658.42°C

954.48°C

1189.10°C97.64%

0.05444%

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

De

riv.

We

igh

t (%

/°C

)

97.5

98.0

98.5

99.0

99.5

100.0

We

igh

t (%

)

0 200 400 600 800 1000 1200

Temperature (°C)

Sample: Cemento IR Portlan rep 3Size: 12.2313 mgMethod: Analisis CQA

TGA-DTAFile: F:...\cemento tipo IR Portlan rep 3.001Operator: ClarimarRun Date: 15-Oct-2013 15:09Instrument: 2960 SDT V3.0F

Universal V4.5A TA Instruments


47/63

Figura 14 Curvas TGA - DTA del Cemento Tipo Portland Tipo I-R

Fuente: Laboratorio de Catálisis por Sulfuros Metálicos UCV

3.6 Ensayo de Tiempo de Fraguado

El fraguado se puede decir que es pérdida de elasticidad que sufre la pasta de cemento luego

de haber sido hidratada, existiendo algunos factores que determinan el tiempo en que fraguaría

una muestra de cemento con o sin adición:

Finura del Cemento y/o escoria, cuanto mayor sea la finura, menor será el tiempo de

fraguado

Temperatura, a mayor temperatura menor tiempo de fraguado.

Agua, a menor cantidad corresponde un fraguado más corto

Humedad ambiente, a menor humedad menor tiempo de fraguado.

Con ello podemos deducir que con la incorporación de la escoria negra de acero se reduce el

tiempo de fraguado esto se debe a que la finura de la escoria es la pequeña que la del

cemento, estas propiedades del cemento y de la escoria son de vital importancia, ya que

cuando el concreto va a ser trasladado a una distancia considerable, se debe tomar en cuenta

el tiempo de inicio del fraguado, debiéndose considerar el empleo de retardantes de fraguado,

en este caso la escoria negra trabaja como un acelerante de fraguado. En la tabla 15 podemos

precisar que el mayor tiempo de fraguado lo posee la muestra patrón.

Tabla 9 Tiempo de Fraguado del Cemento & Cemento Adicionado con Escoria


48/63

Fuente: Pompeyo MALDONADO

3.7 Estudios Mecánicos en Morteros

Para el siguiente estudio se fabricaron morteros (agua + arena Ottawa + cemento) con una

sustitución parcial del cemento por el 5, 10,15, 20 y 50 % de escoria negra de acero véase en la

tabla N° 3, todo este ensayo fue realizado bajo las normas (ASTM C-109 1999) y la norma

(COVENIN 484 1993). Los morteros se ensayaron mecánicamente por compresión, a las

edades de curado de 3, 7 y 28 días, cuyos resultados dieron los valores que se indican en la

tabla N°6, y en la tabla N° 10 se podrá visualizar la desviación estándar.

0

10

20

30

40

50

60

70 67

61

47

60

47

59

TIE

MP

O D

E F

RA

GU

AD

O (

MIN

)

PROMEDIO TOTAL


49/63

Tabla 10. Valores de Resistencia a Compresión de los Morteros Patrón y los Morteros con Adición

de Escoria Negra de Acero (E-N-A)

Fuente: Pompeyo Maldonado

Muestras Resistencia a compresión ± Desviación estándar (kgf/cm2)

3 días 7 días 28 días

PATRÓN 262 ± 29 314 ± 42 397 ± 46

E-N-A-5% 251 ± 33 319 ± 28 397 ± 32

E-N-A-10% 253 ± 24 317 ± 36 390 ± 48

E-N-A-15% 247 ± 18 327 ± 20 369 ± 44

E-N-A-20% 222 ± 22 303 ± 19 336 ± 37

E-N-A-50% 121 ± 25 151 ± 27 202 ± 44

Se observa en la tabla 10, los resultados obtenidos de los ensayos a compresión simple

realizados a las probetas cúbicas para las resistencias y las desviaciones estándares obtenidas

a las edades de 3, 7 y 28 días. En las resistencias obtenidas de los morteros a los 3 días no

alcanzan alpatrón, en cambio a los sietes días es cuando los morteros E-N-A (5%-10%-15%)

superan ligeramente a la resistencia de la patrón, y a los veintiocho días se produce una

igualación de la E-N-A 5% con respecto a la patrón y la muestra E-N-A 10% y 15% se acercan

lentamente, cabe destacar que el diseño de mezcla que se realizó para esta investigación fue

de 350 kgf/cm2 con ello se establecen criterios claros de aceptación o rechazo bajo norma.La

evolución en el tiempo es la esperada puesto que hay un aumento de resistencia conforme

aumenta el tiempo de curado.

Estos datos confirman que la escoria negra de acero posee un comportamiento cementante

importante. En la tabla 11podemos ver claramente que la desviación estándar de los morteros

adicionados con respecto al patrón sus valores son amplios.


50/63

Gráfica 4 Edades de los morteros contra la resistencia a la compresión

Fuente: Pompeyo Maldonado

Dentro de la gráfica 4 podemos observar cómo se comporta el cemento adicionado con

respecto al tiempo, sin duda podemos descartar la adición del 50% escoria ya que su

resistencia se encuentra muy por debajo del diseño del mortero.

Tabla 11. Resistencia & Contenido de Escoria negra de Acero Fuente: Pompeyo Maldonado


51/63

En la tabla 11 podemos decir que efectivamente la adición del 5, 10 y 15% se encuentran

dentro del diseño que se estableció para los morteros, el cual fue de 350 kgf/cm2 o lo que es

igual a 35 Mpa. También se puede resumir que con el 20% de escoria podría ser factible ya

que, con la desviación estándar existe una probabilidad de que alcance la resistencia diseño, y

una vez más se ratifica que efectivamente con el 50% de escoria no es factible.

3.8 Finura Blaine

Este ensayo se realizó bajo la norma (ASTM C-204 2005) y (COVENIN 487 1993), se tomaron 4

medidas a cada dosificación con cemento adicionado (5%, 10%, 15% y 20%) más la muestra

patrón. Ver tabla 12.

Tabla 12 Ensayo Finura Blaine del Cemento Adicionado

Fuente: Pompeyo MALDONADO

Interpretando la Tabla 12, podemos notar que mientras se le incorpora porcentaje de escoria

negra de acero al cemento, este tiende a aumentar su superficie específica. Esto se debe a que

los granos de escoria de acero en estudio poseen menores dimensiones siendo la finura m{as

baja que la finura del cemento. (una menor son mucho más fino con respecto al del cemento,

por ende a más escoria más aglomeración entre las mismas. Cuanto más fino sea el cemento o

la escoria, mayor será la cantidad que se hidrata, ya que la superficie total expuesta al agua es

mucho mayor. Al hidratarse un mayor porcentaje del peso total del cemento, se obtiene una

resistencia mayor.

Un aumento en la finura del cemento tiene los siguientes efectos:

Peso (mg)

Cemento Tipo I

Escoria

5%

Escoria

10%

Escoria

15%

Escoria

20%

Escoria 50%

2,8685

64 75 73 83 86 144

2,8685

66 76 77 84 84 128

2,8685

59 75 76 83 87 126

2,8685

86 74 77 85 85 129

Promedio

68,75 (seg)

75,00 (seg)

75,75 (seg)

83,75 (seg)

85,50 (seg)

131,75 (seg)

Superficie Específica

363 m

2/kgf

379 m

2/kgf

381 m

2/kgf

400 m

2/kgf

404 m

2/kgf

502 m

2/kgf


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Hidratación temprana: un alto grado de finura eleva la cantidad de yeso requerido para

propiciar un efecto retardante adecuado, puesto que en cementos más finos, existe más

cantidad de aluminato tricálcico (C3A) libre para una velocidad de hidratación rápida.

Desarrollo rápido de la resistencia a la compresión en el concreto, especialmente a

edades mayores o cercanas a los 7 días. Por esta razón, el cemento tipo III (alta y

temprana resistencia) es molido más finamente y con mayores proporciones de silicato

tricálcico (C3S) y aluminato tricálcico (C3A). El concreto hecho con tipo III tiene a los 3

días una resistencia a la compresión igual a la del tipo I a los 7 días.

3.9 Expansión Volumétrica Método en Auto-Clave

Para evaluar el comportamiento expansivo de las escorias se realizóel ensayo de expansión en

autoclave bajo las normas (ASMT C-151 2000) y (COVENIN 491 1994). Dicho ensayo

especificado para cementos, tienen por objeto detectar la importancia de la expansión de los

óxidos de calcio y magnesio. El estudio de la expansión en autoclave efectuado se

basóaplicándolo a la escoria como adición en una matriz de cemento. La modificación

introducida en el ensayo de autoclave fue la sustitución del 20 % del cemento por el mismo

porcentaje de escoria negra de acero (Escoriapulverizada pasante del 80% del tamiz #325 (45

)).

En el ensayo del autoclave con la modificación descrita anteriormente, se realizaron 3 probetas

prismáticas adicionadas y 1 probeta prismática patrón 100% cemento, también se determinó la

consistencia normal por el método de la aguja de Vicat(ASMT C-191 2001) y (COVENIN 493

1992).

Tabla 13 Expansión Volumétrica Cemento Tipo I & Escoria Negra

Fuente:Pompeyo MALDONADO

MUESTRAS Proporción de Agua (ml)

Consistencia Normal (mm)

Expansión Volumétrica (%)

100% Cemento Tipo I 159 10 0,10

20% Escoria Negra (1) 170 11 0,20

20% Escoria Negra (2) 167 10 0,30

20% Escoria Negra (3) 167 9 0,30


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En la Tabla 13 seobserva que la muestra con 100% de Cemento Tipo I alcanza una expansión

volumétrica de 0,10% incorporando 159 ml de agua para una consistencia de 10mm, mientras

que las muestras (1), (2) y (3) requieren entre 8 y 11 ml de agua adicionales para alcanzar una

consistencia similar a la muestra patrón. Vale resaltar que la muestra (1) obtuvo una expansión

volumétrica de 0,20% y las muestras (2) y (3)presentan una expansión volumétrica de 0,30%.

Por tanto, los valores de expansión volumétrica obtenidas por todas las muestras involucradas

cumplen con el requisito de las normas (COVENIN 491 1994)y (ASTM C-845 1980), las cuales,

establecen el límite máximo de expansibilidad en 0,8%.

CONCLUSIÓN

Al analizar la muestra de escoria negra de acero proveniente de la Siderúrgica del Orinoco

SIDOR, la concentración de óxido de calcio y de óxido de hierro, aunado a la ausencia se sílice

y alúmina, se afirma que la reacción de este material en la matriz cementante es hidráulica.

Los resultados experimentales fueron positivos, ya que al obtener por método de resistencia a

compresión de los morteros adicionado (ASTM C-109 1999), pudimos ver claramente que los

porcentajes del (5, 10, 15)% poseen una resistencia mayor que la mezcla diseño de referencia

en este caso trabajamos con un diseño de 350 kgf/cm2. Con el 20% escoria se puede decir que

pudiera ser factible ya que calculando la desviación estándar podemos observar en la tabla 11

que el límite superior de la desviación se encuentra un poco por encima del diseño de mezcla.

A partir del 21% en adelante se afirma que la resistencia a medida que aumenta el porcentaje

de escoria disminuye considerablemente la resistencia.

En cuanto a la expansión volumétrica por el método en autoclave (ASMT C-151 2000), se pudo

observar que con la adición al 20% de escoria se obtuvo un porcentaje máximo del 0.30%,

dicho valor nos indica que disminuyendo el porcentaje de escoria disminuye también el

porcentaje de expansibilidad, según norma (ASTM C-845 1980), este valor se encuentra dentro

de los límites de aceptación.

Los tiempos de fraguado para todas las sustituciones cumplen con lo exigido en la normativa

venezolana (COVENIN 493 1992) a pesar de que son más rápidos que la dosificación patrón en

un 18,2%. La superficie específica de las sustituciones es 13,8% mayor que la dosificación

patrón sin sustitución. Dentro de los ensayos químicos se pudo observar que la cantidad


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dosificada de escoria en cada mortero tuvo un comportamiento de buena adhesión e cohesión

en la matriz.

Con todos los puntos anteriormente mencionado se concluye que la escoria negra de acero tipo

vesicular productos de los hornos de arco eléctricos provenientes de la Siderúrgica del Orinoco,

cuya cantidad almacenada oscila los 10MM/TON, constituyen residuos potencialmente

aprovechables con características de resistencia para ser empleadas como adición activa al

cemento Portland tipo I convirtiéndose en una alternativa para aumentar la producción de

cemento en Venezuela y de igual manera se disminuirán costos generados en la explotación de

canteras y depósitos aluviales que generan impactos ambientales significativos como erosión,

perdida de cobertura vegetal y degradación de lechos de los ríos.

RECOMENDACIÓN

Es conveniente que la Siderúrgica del Orinoco SIDOR realice estudios para analizar la

valorización o aprovechamiento de los demás subproductos generados en el proceso

productivo tales como la escoria blanca y la escoria laminar.

Se recomienda utilizar cemento tipo III para conocer su comportamiento con la incorporación de

la escoria negra proveniente de los hornos de arcos eléctricos de SIDOR.

Para validar en su totalidad el uso de la escoria negra tipo vesicular como adición activa al

cemento portland tipo I, se recomienda realizar estudios más especializados que comprendan el

comportamiento del concreto a mayores edades, grados de exposición a diferentes factores

ambientales y con la incorporación de barras de acero para conocer el grado de oxidación que

podría desarrollar a lo largo del tiempo.

Se recomienda a la Siderúrgica del Orinoco SIDOR la realización de análisis de peligrosidad,

toxicidad y eco-toxicidad por lo menos cada seis meses para asegurar que la escoria negra sea

inerte y potencialmente aprovechable.

Se hace necesario que la Siderúrgica del Orinoco SIDOR optimice las actividades inherentes al

procesamiento de la escoria negra e implemente un sistema de control de calidad al final del

proceso con el fin de eliminar el material ferroso y garantizar que el producto no presente

material extraño que pueda impedir su aprovechamiento y cumpla con las características

exigidas por los clientes.


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Se recomienda realizar un análisis de costos detallados, donde se considere en la inversión

inicial las pruebas piloto del cemento adicionado con escoria y los permisos de autoridades

correspondientes y/o certificados por la comercialización de un nuevo producto en el sector de

la construcción. Sin embargo la técnica de valorización puede ser evaluada para ser

implementada en todo el territorio nacional e integrada a las demás plantas de producción de

acero.

Se recomienda estudiar y analizar otro tipo de industria como mercado objetivo además de las

cementeras con el propósito de ampliar y diversificar los clientes de éste sub-producto como

pueden ser las industrias asfálticas y empresas del sector de la construcción.

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ANEXOS


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informe de pasantias - materiales...

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