Tesis doctoral de Mª Ines Garcia Lodeiro
I. Introducción …………………………………………1 i. 1 generalidades en torno a los cementos alcalinos …………………………………………………….1 i.1.1 activación alcalina: antecedentes y oportunidades futuras …………………………………….2 i.1.1.1 desarrollo histórico ……………………………2 i.1.1.2 componentes de los sistemas activados alcalinamente ……………………………………………5 i.1.1.2.1 activadores alcalinos ………………………………………………………………………5 i.1.1.2.1 componentes cementantes ……………………………………………………………….7 i.1.1.3 productos de reacción……………………………………………………………………8 i.1.1.4 cementos activados alcalinamente ……………………………………………………………………….9 i.1.1.4.1 cementos con base escoria …………………………………………………………..10 i.1.1.4.2 mezclas que incluyen cemento pórtland…………………………………………..13 i.1.1.4.3 cementos puzolánicos……………………………………………………………………15 i.1.1.5 aplicaciones de los cementos alcalinos ……………………………………………………………….18 i.1.1.6 normas y especificaciones para los cementos alcalinos …………………………………………20 i.1.1.7 aspectos de futuro a considerar en los sistemas alcalinos ………………………………………21 i. 2 química de los silicatos……………………………………………………………25 i.2.1 características del gel c-s-h ……………………………………………………………………………..25 i.2.1.1 estructura del gel…………………………………………………………………….25 i.2.1.2 factores que afectan a las características estructurales y composicionales del gel ……28 i.2.1.3 métodos de síntesis ……………………………………………………..31 i.2.2 características del gel n-a-s-h ………………………………………………………………………….31 i.2.2.1 estructura del gel……………………………………………………………………………32 i.2.2.2 factores que afectan a las características estructurales y composicionales del gel …….36 i.2.2.3 papel del aluminio en los polímeros alcalinos ………………………………………………………39 i.2.2.4 métodos de síntesis ……………………………………………………………………..40 i.2.3 procedimiento sol-gel ……………………………………………………………………………40 índice i.2.3.1 polimerización de la sílice………………………………………………………………………………….43 i. 3 bibliografía ………………………………………………………………47 ii. Objetivos …………………………………………………………58 ii. 1 hipótesis de partida y objetivo general ……………………………………………………………….58 ii. 2 objetivos específicos……………………………………………………………………..59 iii. Técnicas de caracterización empleadas y metodología de análisis……………………………………………………………..61 iii. 1 caracterización física ……………………………………………………………………….61 iii.1.1 blaine ……………………………………………………………..61 iii.1.2 granulometría de difracción por rayos láser …………………………………………………….61 iii. 2 determinación de las resistencias mecánicas ……………………………………………………..62 iii. 3 caracterización mineralógica y microestructural ………………………………………………62 iii.3.1 microscopia electrónica de barrido (sem) y análisis por energías dispersivas (edx) ………………………………………………………………62 iii.3.2 microscopia electrónica de transmisión (tem) y análisis por energías dispersivas (edx) …………………………………………………63 iii.3.3 difracción de rayos x (xrd) ……………………………………………………………………………..63 iii.3.4 espectroscopía de infrarrojo por transformada de fourier (ftir) ……………………………64 iii.3.5 resonancia magnética nuclear de alta resolución (nmr-mas) …………………………………65 iii. 4 ataques químicos selectivos ………………………………………………………………………………66 iii.4.1 ataque de takashima: método de separación química metanol y ácido salicílico ……………………………………………………………………….66 índice iii.5 bibliografía ………………………………………………………………….68 iv. Activación alcalina de mezclas de cemento pórtland y ceniza volante ………………………………………………………………………..69 iv. 1 introducción ……………………………………………………………..69 iv. 2 caracterización de materiales……………………………………………………………………………69 iv.2.1 selección de materiales ………………………………………………………………………….69 iv.2.1.1 caracterización química ……………………………………………………………………………..69 iv.2.1.2 caracterización física ………………………………………………………………………………71 iv.2.1.2.1 determinación de la superficie específica mediante el método blaine…………………………………………………………………………71 iv.2.1.2.2 determinación de la distribución granulométrica……………………………71 iv.2.1.3 caracterización mineralógica y microestructural……………………………………………….73 iv.2.1.3.1 estudio por difracción de rayos x (xrd)………………………………………73 v. 2.1.3.2 estudio por espectroscopía infrarroja de transformada de fourier (ftir)……………………………………………………………………..74 iv.2.2 mezclas «ceniza-cemento» ……………………………………………………………………76 iv.2.2.1 caracterización mineralógica y microestructural………………………………………………..76 iv.2.2.1.1 caracterización por xrd …………………………………………………………….76 iv.2.1.1.2 caracterización por ftir ……………………………………………………………77 iv.3 proceso de activación alcalina…………………………………………………………………………….78 iv.4 resultados …………………………………………………………………..79 iv.4.1 caracterización mecánica de las matrices cementantes ……………………………………….79 iv.4.2 caracterización mineralógica y microestructural de las matrices cementantes………80 iv.4.2.1 caracterización por xrd. ………………………………………………………………………………81 iv.4.2.2 caracterización por ftir………………………………………………………………………………..84 índice iv.4.2.3 caracterización por sem/edx………………………………………………………………………..92 iv.5 discusión …………………………………………………………………102 iv.5.1 evaluación mecánica de los sistemas híbridos ceniza-cemento…………………………..102 iv.5.2 características de los productos formados y sus composiciones químicas……………………..105 iv.6 conclusiones (conclusions)…………………………………………………………..115 iv.7 bibliografía ……………………………………………………….115 v. Síntesis de geles cementantes …………………………………………………………………123 v. 1 introducción ……………………………………………………………..123 v. 2 procedimiento experimental………………………………………………………………..124 v.2.1 caracterización de los materiales de partida ………………………………………………………124 v.2.1.1 silicatos sódicos ……………………………………………………………………….124 v.2.1.2 nitrato cálcico 4-hidrato (ca(no3)2.4h2o)……………………………………………………….126 v.2.1.3 nitrato de aluminio 9-hidrato (al(no3)3.9h2o) ………………………………………………..127 v.2.2 síntesis de geles en atmósfera de laboratorio. Metodología …………………………………127 v.2.2.1 síntesis de geles c-s-h ………………………………………………………………………………….128 v.2.2.2 síntesis de geles n-a-s-h………………………………………………………………………………130 v.2.2.3 mezcla de gel c-s-h y gel n-a-s-h………………………………………………………………..132 v.2.3 síntesis de geles en atmósfera inerte. Metodología ……………………………………………..132 v. 3 resultados y discusión………………………………………………………………….137 v.3.1 caracterización de los geles sintetizados en atmósfera de laboratorio…………………..137 v.3.1.1 efecto del ph ……………………………………………………………………………137 índice iv.3.1.1.1 estudio por difracción de rayos x (xrd)…………………………………….137 iv.3.1.1.2 estudio por espectroscopía de infrarrojo (ftir)…………………………..139 iv.3.1.1.3 estudio por microscopia electrónica de barrido (sem/edx)………….152 iv.3.1.1.4 estudio por resonancia magnética nuclear (nmr)………………………..157 v.3.1.2 efecto de la modificación en las proporciones de los reactivos de partida …………….168 v.3.1.2.1. Estudio por difracción de rayos x (xrd) …………………………………….169 v.3.1.2.2 estudio por espectroscopia de infrarrojo (ftir) ……………………………170 v.3.1.2.3 estudio por microscopia electrónica de barrido (sem/edx)…………..176 v.3.1.2.4 estudio por resonancia magnética nuclear (nmr) …………………………179 v.3.1.3 síntesis de gel n-a-s-h con elevados contenidos de aluminio y «bajo» ph………….187 v.3.1.4 efecto del tipo de silicato sódico empleado en la síntesis de gel n-a-s-h. …………..190 v.3.1.4.1 estudio por difracción de rayos x (xrd) ……………………………………..190 v.3.1.4.2 estudio por espectroscopia de infrarrojo (ftir) ……………………………191 v.3.1.4.3estudio por microscopia electrónica de barrido (sem/edx)……………192 v.3.1.4.4 estudio por resonancia magnética nuclear (nmr) …………………………194 v.3.1.5 respuesta de los geles a factores externos. Estudios de estabilidad……………………….199 v.3.1.5.1 efecto de la temperatura……………………………………………………………..200 v.3.1.5.2 ataque químico selectivo. Ataque de takashima…………………………….203 v.3.1.6 co-precipitación y caracterización de geles mezcla (c-s-h + n-a-s-h)………………210 v.3.1.6.1 estudio por difracción de rayos x (xrd) ………………………………………211 v.3.1.6.2 estudio por espectroscopia de infrarrojo (ftir) ……………………………213 v.3.1.6.3 estudio por microscopia electrónica de barrido (sem/edx)…………..215 v.3.1.6.4 estudio por resonancia magnética nuclear (nmr) …………………………220 v.3.1.7 recapitulaciones en torno a la síntesis de geles cementantes en atmósfera de laboratorio ……………………………………………………………….225 v.3.2 caracterización de los geles sintetizados en atmósfera atmosfera inerte ………………229 v.3.2.1 caracterización de geles c-s-h……………………………………………………………………….229 v.3.2.1.1 estudio por difracción de rayos x (xrd) ………………………………………229 v.3.2.1.2 estudio por espectroscopia de infrarrojo (ftir) ……………………………231 v.3.2.1.1 estudio por microscopía electrónica de transmisión (tem/edx) …….232 v.3.2.1.4 estudio por resonancia magnética nuclear (nmr) ………………………..233 v.3.2.2 caracterización de geles n-a-s-h …………………………………………………………………..237 v.3.2.2.1 estudio por difracción de rayos x (xrd)………………………………………237 índice v.3.2.2.2 estudio por espectroscopia de infrarrojo (ftir) ……………………………238 v.3.2.2.3 estudio por microscopía electrónica de transmisión (tem/edx) …….239 v.3.2.2.4estudio por resonancia magnética nuclear (nmr) …………………………240 v.3.2.3 recapitulaciones en torno a la síntesis de geles cementantes en atmósfera inerte…..244 v.3.3 estudios de compatibilidad ………………………………………………………..247 v.3.3.1 efecto de la adición de álcalis a los geles c-s-h ……………………………………………….247 v.3.3.1.1 estudio por difracción de rayos x (xrd) ………………………………………248 v.3.3.1.2 estudio por espectroscopia de infrarrojo por transformada de fourier (ftir)……………………………………………………………………250 v.3.3.1.2.1 ataque químico selectivo de los geles. Ataque de takashima………………………………………………………………………254 v.3.3.1.3 estudio composicional y morfológico por microscopía electrónica de barrido ………………………………………………………………………..261 v.3.3.1.4 estudio por resonancia magnética nuclear (nmr) ………………………..265 v.3.3.2 efecto de la adición simultanea de álcalis y aluminio en los geles c-s-h durante las primeras etapas de reacción ………………………………………………………………………272 v.3.3.2.1 estudio por difracción de rayos x (xrd) …………………………………….. 273 v.3.3.2.2 estudio por espectroscopia de infrarrojo por transformada de fourier (ftir) …………………………………………………………………………274 v.3.3.2.2.1 ataques químicos selectivo de los geles. Ataque de takashima…………………………………………………………………….279 v.3.3.2.3 estudio por microscopía de transmisión electrónica (tem/edx) …….285 v.3.3.2.4 estudio por resonancia magnética nuclear (nmr) …………………………288 v.3.3.3 efecto de la adición simultanea de álcalis, aluminio y sílice soluble a los geles c-s-h ………………………………………………………………………………….293 v.3.3.3.1 estudio por difracción de rayos x (xrd) ……………………………………..294 v.3.3.3.2 estudio por espectroscopia de infrarrojo por transformada de fourier (ftir)…………………………………………………………………………295 v.3.3.1.3.1 ataques químicos selectivo de los geles. Ataque de takashima…………………………………………………………………….296 v.3.3.3.3 estudio por microscopía de transmisión electrónica (tem/edx) tem/edx ……………………………………………………………………..302 v.3.3.3.4 estudio por resonancia magnética nuclear (nmr) …………………………305 índice v.3.3.4 efecto de la adición de calcio a geles n-a-s-h durante las primeras etapas de reacción ……………………………………………………………………….309 v.3.3.4.1 estudio por difracción de rayos x ( xrd) ……………………………………..309 v.3.3.4.2 estudio por espectroscopia de infrarrojo por transformada de fourier (ftir) …………………………………………………………………………..311 v.3.3.4.3 estudio por microscopía de transmisión electrónica tem/edx……….312 v.3.3.4.4 estudio por resonancia magnética nuclear ( nmr) ………………………..314
Datos académicos de la tesis doctoral «Compatibilidad de geles cementantes csh y nash. estudios en muestras reales y en polvos sintéticos«
- Título de la tesis: Compatibilidad de geles cementantes csh y nash. estudios en muestras reales y en polvos sintéticos
- Autor: Mª Ines Garcia Lodeiro
- Universidad: Autónoma de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 19/12/2008
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Angel Palomo Sanchez
- Tribunal
- Presidente del tribunal: vicente Fernandez herrero
- Miguel ángel García aranda (vocal)
- Jesús Sanz lázaro (vocal)
- donald E. macphee (vocal)