Rumbos tecnológicos

HORMIGÓN CELULAR A BASE DE ESPUMA PREFORMADA

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Rumbos Tecnológicos 11 • Octubre 2019 – Septiembre 2020

Fecha de Recepción: 29 de Mayo de 2019 • Fecha de Aceptación: 04 de Setiembre de 2019

Avendaño, Marcelo*; Saus, Hector; Escher, Julieta; Tonini, Antonella.

Facultad Regional Santa Fe, Universidad Tecnológica Nacional Lavaise 610, S3004, Santa Fe, Santa Fe, Argentina.

*Autor a quien la correspondencia debe ser dirigida. Correo electrónico: mavendan@frsf.utn.edu.ar

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Resumen

En el período 2015/2016 se investigó y desarrolló el hormigón celular a partir de aditivos generadores de espuma de tipo inorgánico, utilizando máquinas hormigoneras reformadas para poder dar la energía suficiente de generación de las micro burbujas – a partir de la agitación enérgica del espumígeno con agua – donde el proceso se realizó en su totalidad
dentro de dicha máquina, colocando ordenada y simultáneamente todos los materiales intervinientes.
Evaluando los resultados obtenidos hasta este momento, nos proponemos fabricar un dispositivo que genere a partir del espumígeno ya conocido y agua, una espuma con la suficiente estabilidad como para poder ser mezclada luego con un mortero de cemento realizado en una mezcladora convencional; formando hormigón celular a partir de la unión de estos dos componentes obtenidos por separado. Se busca de esta manera un mejor aprovechamiento del agente espumígeno y con ello una reducción en los costos de producción, como así también minimizar las variaciones en los resultados observados, atribuibles al cambio de comportamiento de las hormigoneras reformadas por el desgaste propio de uso.
Palabras claves: Hormigón Celular, Espuma Preformada, Rendimiento, Costos.

Abstract

In the 2015/2016 period, the cellular concrete was investigated from inorganic-type foam-generating additives, using reformed concrete mixer machines in order to give enough energy to generate the micro bubbles – from the vigorous agitation of the foam with water – where the process was carried out in its entirety inside said machine, orderly and simultaneously placing all the intervening materials.
Evaluating the results obtained up to this moment, we propose to manufacture a device that generates a foam with the known foam and water, with enough stability to be mixed with a cement mortar made in a conventional mixer; forming cellular concrete from the union of these two components obtained separately. It seeks in this way a better use of foam agent, and
with it a reduction in production costs, as well as minimizing the variations in the observed results, attributable to the behavior change of the reformed concrete mixers due to wear and tear.
Key Word: Cellular concrete, Preformed foam, Performance, Costs.

 

INTRODUCCIÓN

De acuerdo con el ACI 523.3R-14, el concreto celular se define como un producto ligero a base de cemento portland con arena silícea y tiene un estructura celular, lograda mediante químicos formadores de gas o agentes de espuma (ACI, 2014). Es un material de peso ligero que contiene aire estable o celdas de aire uniformemente distribuidas a través de la mezcla en un volumen mayor del 20%. Las celdas de aire se añaden a la mezcla como espuma estable preformada o a través de un aditivo dentro de la mezcla.
Utilizando los materiales disponibles hoy en el mercado para poder obtener hormigón celular en la fabricación de bloques tipo mampuestos, y habiendo arribado a resultados propuestos en cuanto a resistencia y densidad del producto; colocando el aditivo dentro de la mezcla; queda por resolver el rendimiento que tiene una afectación directa en los costos de producción. Es por ello que la propuesta de este trabajo es utilizar espumas preformadas aumentando el volumen de producción de hormigón celular antes de llenar los moldes.

DESARROLLO

El proyecto se inicia con la fabricación de un “equipo formador de espuma”. Para el diseño y desarrollo del mismo se buscaron antecedentes respecto a la producción química y mecánica de la espuma, características de la fabricación, además se realizaron consultas con fabricantes y se estudiaron los equipos disponibles en el mercado.
En base a ello – y con los recursos disponibles – se alcanzó el desarrollo de un equipo generador de espuma elaborado con cañerías de polipropileno bicapa de diferentes secciones, caño plástico flexible, manguera corrugada, válvulas y manómetros, entre otros elementos. El dispositivo se fue probando y ajustando hasta conseguir una espuma estable y con las características deseadas.
Básicamente el objetivo de funcionamiento del equipo era conseguir la circulación por una vía de una presión de aire uniforme y constante – mediante la utilización de un compresor – y por otra vía caudal y presión de espumígeno diluido en agua.
Una vez regulada la presión de aire, se probaron distintos porcentajes de dilución del espumígeno en agua de tal manera de obtener – para las presiones y caudales determinados- una espuma lo suficientemente estable como para mantener en suspensión – durante el tiempo de fraguado- los materiales intervinientes en el hormigón celular, evitando así la segregación y/o cambios de volumen una vez llenados los moldes.
Los ensayos que se realizaron a la espuma obtenida en diferentes diluciones, consistieron en disponer la misma en un recipiente de volumen conocido, registrándose el tiempo de llenado del mismo y el tiempo de convertirse en agua. Además se obtuvieron los pesos de la espuma original y – luego de un tiempo determinado – del agua obtenida y de la espuma remanente.
Se definió así la utilización de tres posibles espumas – basadas en tiempo de llenado- y se mezclaron con el mortero de cemento portland, arena y agua a valores predeterminados.
De esta manera la variable sería solo la cantidad y tiempo de espuma. La mezcla se elabora incorporando – en una hormigonera convencional – a un mortero de cemento-arena espuma con ciertas características que hace que el material aumente su volumen. Una vez homogeneizada la mezcla se vuelca en los moldes. Las cantidades de cemento y arena con sus características son tomadas de un proyecto anterior; que también consistía en fabricar hormigón celular (por batido mecánico) para bloques tipo mampuestos pero en hormigonera modificada.

PRUEBAS Y PUESTA A PUNTO

Además del pesado de las muestras se realizaron ensayos regulando – mediante válvulas tipo esclusa – el ingreso de caudal del líquido al dispositivo. Una vez establecido el caudal necesario se trabajó en el porcentaje de disolución del espumígeno. Con la espuma obtenida de diferentes disoluciones se prepararon pastones y moldearon bloques y probetas de H° celular, los cuales se etiquetaron y fueron ensayados a los fines de determinar los resultados de densidad y resistencia a la compresión. Estos resultados fueron determinantes al momento de definir la disolución óptima para el uso de bloques mampuesto para muros.

OBJETIVO

El objetivo principal del proyecto es aumentar el volumen del material para la producción de bloques, disminuyendo el tiempo de ejecución e indirectamente reduciendo el costo de producción.
Teniendo en cuenta que un tiempo considerable del proceso de fabricación transcurre durante la producción de la espuma, se parte del diseño de un equipo – dispositivo – capaz de reducir estos tiempos de producción.
Existen diferentes procesos y equipos para producir espuma, dependiendo del tipo de espuma que se desee obtener y usos de la misma. En el presente caso se partió de la búsqueda de antecedentes sobre máquinas generadoras de espuma a partir de “aditivos espumígenos”.
Una vez fabricada y puesta a punto la máquina para obtener la espuma adecuada para realizar hormigón celular, se comienza cambiando los volúmenes de producción hasta lograr que desde una sola “maquinada” se pudiera llenar un molde entero y no fraccionado como los resultados obtenidos hasta el momento.

 

RESULTADOS

Los resultados obtenidos fueron favorables y alcanzaron los objetivos propuestos. Se pudo fabricar el equipo generador de espuma (Figuras 1 y 2), se obtuvo una espuma estable (Figura 3); se fue mezclando partiendo de una hormigonera de menor capacidad – 130 litros – ( Figura 4) hasta alcanzar incrementar los volúmenes de una hormigonera de 300 litros ( Figura 5 y 6), obteniéndose un producto aceptable en cuanto a resistencia y densidad.
Lo más significativo resultó el cambio de escala en el volumen de producción del material para su posterior descargado en moldes. El hecho de llenarlos de una sola vez, reduce el tiempo de producción, incrementando el número de piezas a moldear por unidad de tiempo, logrando un material más rentable (Figura 7 y 8).

 

 

DISCUSIÓN

Sobre las probetas moldeadas y ensayadas a compresión( IRAM 1546-13) (Figura 9), y sobre bloques medidos y pesados para sacar densidad seca (IRAM 1564-97)( Figura 10), se puede observar que según los resultados obtenidos, el tiempo de espuma debe estar entre 40 segundos y 50 segundos para lograr bloques comparables a los bloques comerciales en cuanto a lo que se
refiere a densidad y resistencia mecánica. Los datos alcanzados se pueden observar en las tablas 1 y 2 y en un resumen diario del protocolo de trabajo (Bitácora de un día de trabajo).

 

 

Bitacora de un día de trabajo

– CONCLUSIONES HASTA EL 14/09/2017
– En el día de hoy repetiremos la tirada de los “LL”, ya que observamos:
• JJ con 10 kg de agua + 20 kg de cemento + 10 kg de arena + 40 segundos de espuma –>
Resistencia aceptada de 4 MPa ; 900 kg/m3< Densidad JJ < 1000 kg/m3
• LL tiene 0,5 kg más de agua, con resto de los parámetros constantes, y aun así tiene una
densidad superior a los 1000 kg/m3 ( ya ha disminuido el peso ese 7% máximo por secado).
• Es así que efectuaremos la tirada de los “MM” con 10,5 kg de agua
20 kg de cemento
10 kg de arena
50 segundos de espuma
ya que creemos que, en los “LL”, no fueron suficientes los segundos de espuma, pues el chorro era discontinuo. Entonces se incrementa en 50 segundos el tiempo de aplicación de la espuma.
Recordemos que elegimos 10,5 kg de agua porque fue un promedio de:
– 10 kg de agua en JJ con 40 segundos de espuma (invariable) –> Densidad cercana a los 1000 kg/m3 pero con una resistencia de 4 MPa.
– 11 kg de agua en KK con 40 segundos de espuma (invariable) –> Densidad cercana a los 800 kg/m3 pero con una resistencia de 2 MPa. El resaltado en amarillo es correcto?
Prueba día 14/09/2017
En el día 14/09/2017 hicimos una prueba con espuma preconformada.
Esta es la prueba realizada:

CONCLUSIONES

De los valores obtenidos podemos afirmar que usando espuma preformada se puede incrementar el volumen de producción, bajando el tiempo de llenado de moldes, impactando directamente en el aumento de bloques fabricados y a la rentabilidad de microemprendimientos productivos.

REFERENCIAS

ACI 523.3R-14 “: Guide for Cellular Concretes above 50 lb/ft3 (800 kg/m3)” Norma del American Concrete Institute, 28/04/2014.

Norma IRAM 1546: 2013. “Hormigón de cemento. Método de ensayo de compresión”,

Norma IRAM 1564:1997. “Hormigón celular espumoso. Requisitos”.

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