Evaluación de la reactividad puzolánica de la ceniza de paja de arroz

Abstract

The purpose of this aim is to determine the pozzolanic properties, as well as the physical and chemical characteristics of rice straw ash for use as an admixture in concrete mixtures with Portland cement. A material is classified as pozzolanic, when in the presence of water, it is able to react with calcium hydroxide produced in the hydration of Portland cement, to generate compounds of a similar nature to those formed in the hydration of cement. They usually present silica and amorphous alumina in their chemical composition. Rice husk ash has been deeply researched as pozzolan. However, perhaps due to its lower silica content, rice straw ash has not been used as much, although according to the FAO, the production of this rice straw is estimated at around 600 million tons per year. It is usually burned outdoors, or incorporated as organic fertilizer and fodder for animals. A controlled burn was carried out at the ICITECH facilities of rice straw, obtaining ash. Firstly , the ash was conditioned, consisting of the removal of the top layer burned, because it contains a lot of carbon as a consequence of an incomplete combustion, and secondly a homogenization and grinding of the rest of the sample, in order to obtain an optimum granulometry for carrying out the tests. The first step was to carry out chemical tests: chemical composition, dissolved salts, chlorides, insoluble residue and conductivity and pH in aqueous suspension. Physical parameters such as density were also measured and a granulometric study was carried out to estimate the most convenient granulometry. In addition, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and infrared spectroscopy (FTIR) tests were carried out. For the evaluation of pozzolanic reactivity of rice straw ash, Frattini tests were carried out, conductivity tests and pH in aqueous suspension lime / ash and lime / CPA and cement / CPA pastes, for evaluation by thermogravimetry. Finally, control Portland cement mortar and Portland cement samples were produced with cement replacement by CPA (between 0-30%) and their mechanical resistance to flexural and compression at different days was evaluated. The results found were satisfactory for replacement percentages between 10-30%. These results have been compared by those found in the literature with rice husk ash, in order to generate a better profile of this material, as a pozzolanic addition in the manufacture of Portland cement mortars

El presente trabajo tiene como finalidad caracterizar la ceniza de paja de arroz física y químicamente, determinar las propiedades puzolánicas, y evaluar su posible uso como adición puzolánica en morteros de cemento portland. Un material se clasifica como puzolánico, cuando en presencia de agua es capaz de reaccionar con el hidróxido de calcio producido en la hidratación del cemento portland, para generar compuestos de naturaleza similar a los formados en la hidratación del cemento. Normalmente presentan en su composición química sílice y alúmina amorfa. La ceniza de cáscara de arroz, ha sido ampliamente investigada como puzolana. Sin embargo, quizás por su menor contenido en sílice, la ceniza de la paja de arroz (CPA), no ha sido tan utilizada, a pesar que según la FAO la producción de esta pajilla de arroz se estima en cerca de los 600 millones de toneladas año. Habitualmente la paja de arroz suele ser quemada al aire libre, o bien incorporada como abono orgánico y forraje para los animales. Se realizó una quema controlada, en las instalaciones de ICITECH, de paja de arroz, obteniendo la correspondiente ceniza. A continuación, se realizó un acondicionamiento de la ceniza, que consistió incialemente en la retirada de la capa de superior de la ceniza , por haber sufrido una combustión incompleta y contener por tanto un elevado contenido de carbón; y en segundo lugar una homogeneización y posterior molienda del resto de la muestra, para obtener una granulometría óptima para la realización de los ensayos. Se procedió en primer lugar a la realización de ensayos químicos: composición química, sales disueltas, cloruros, residuo insoluble y conductividad y pH en suspensión acuosa. También se midieron parámetros físicos como la densidad y se realizó un estudio granulométrico para estimar la granulometría más conveniente. Además se realizaron ensayos de microscopia electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (DRX) y espectroscopia infrarroja (FTIR). Para la evaluación de la reactividad puzolánica de la ceniza de paja de arroz se realizaron ensayos de Frattini, ensayos de conductividad y pH en suspensión acuosa cal/ceniza y pastas de cal/CPA y cemento/CPA, para su evaluación por termogravimetría. Por último, se fabricaron probetas de mortero de cemento Portland control y cemento Portland con sustituciónes de cemento por CPA (entre 0-30%) y se evaluó su resistencia mecánica a flexión y compresión a distintas edades de curado. Los resultados encontrados fueron satisfactorios para porcentajes de sustitución entre el 10-30%. Dichos resultados se han comparado con los encontrados en la bibliografía y que empleaban ceniza de cáscara de arroz, a fin de poder generar un mejor perfil de este material, como adición puzolánica en la fabricación de morteros de cemento Portland.