Introducción: Un cliente dedicado a la fabricación de elementos prefabricados de UHPC se enfrentaba desde hacía tiempo a problemas de inestabilidad en la resistencia debidos a las fluctuaciones en las materias primas durante la producción de elementos para puentes y piezas prefabricadas de UHPC. Mediante la introducción de la microsílice MSILI UH-94, junto con una formulación adecuada y la optimización del proceso de mezclado, el cliente mejoró la homogeneidad y la densidad de la pasta de UHPC, redujo el riesgo de fluctuaciones en la resistencia a la compresión a los 7 y 28 días, y facilitó que el producto alcanzara de forma más estable los requisitos de resistencia previstos en el diseño de la obra, lo que proporcionó una solución de materias primas más fiable para la producción en serie de UHPC.
Contexto de producción y origen de la variación
Un cliente especializado en elementos prefabricados de UHPC se dedica principalmente a la producción de elementos para puentes y piezas prefabricadas de UHPC. Este cliente lleva mucho tiempo prestando servicios a proyectos de ingeniería y tiene requisitos muy exigentes en cuanto a la resistencia a la compresión, la fluidez, la densidad y la estabilidad entre lotes de sus productos.
En las primeras fases de producción, la formulación de UHPC del cliente ya presentaba una base de alta resistencia, pero durante las pruebas continuas de mezcla y la producción en serie, la estabilidad de la resistencia nunca fue la deseada. Con la misma formulación, la misma relación agua-cemento y el mismo régimen de curado, la resistencia a la compresión de los probetes de diferentes lotes presentaba fluctuaciones; en algunos lotes, el desarrollo de la resistencia inicial era lento y resultaba difícil mantener la resistencia a los 28 días de forma estable dentro del intervalo objetivo.
Tras un análisis exhaustivo, el cliente descubrió que el problema no se limitaba a la compatibilidad del cemento, la arena de cuarzo o el reductor de agua, sino que la estabilidad de la microsílice, su nivel de actividad, su estado de dispersión y la adecuación de su distribución granulométrica se estaban convirtiendo en variables clave que afectaban a la estabilidad de la resistencia del UHPC.
El UHPC es un sistema con baja relación agua-cemento, alto contenido en polvo y alta densidad. Estudios públicos señalan que la ceniza de silicio es una materia prima clave en el UHPFRC/UHPC, ya que influye en propiedades fundamentales como la microestructura, la reacción de hidratación, la capacidad de autocompactación, la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión y la durabilidad. Por lo tanto, para los clientes de UHPC, la microsílice no es un simple relleno, sino una materia prima funcional importante que determina la estabilidad de la resistencia y la densidad del sistema.
Cuatro problemas que limitaban la uniformidad
El sistema de UHPC original de los clientes presentaba principalmente los siguientes problemas:
1. Las variaciones entre lotes de materias primas afectan a la estabilidad de la resistencia
La microsílice común que utilizaba anteriormente el cliente presentaba ciertas diferencias entre lotes, lo que se traducía en una falta de estabilidad en el contenido de SiO₂, la actividad, el grado de finura, el estado de aglomeración y el efecto de dispersión. En el caso del hormigón común, este tipo de variaciones puede tener un impacto limitado; sin embargo, en los sistemas de UHPC, debido a la baja relación agua-cemento, el elevado uso de polvo y los estrictos requisitos de apilamiento de partículas, las variaciones en la microsílice se amplifican notablemente, lo que finalmente se refleja en la resistencia a la compresión y en el estado de la pasta.
2. La resistencia inicial y la resistencia a los 28 días no son lo suficientemente estables
En algunos lotes, el aumento de la resistencia inicial de los probetas del cliente fue relativamente lento, y la resistencia a la compresión a los 28 días también presentó variaciones. Aunque en un ensayo aislado se puede alcanzar una resistencia elevada, al cliente le preocupa más la capacidad de cumplir de forma estable los requisitos en la producción a escala industrial, más que el valor máximo obtenido en un ensayo concreto.
3. La falta de homogeneidad de la pasta afecta a la densidad interna
La estabilidad de la resistencia del UHPC depende de que la distribución de las partículas en el interior de la pasta sea uniforme, de que la estructura porosa sea fina y de que la zona de transición entre fases sea densa. Si los aglomerados de microsílice no se dispersan eficazmente en el sistema, se debilitarán los efectos del microrrelleno y de la reacción de la ceniza volcánica, lo que provocará un aumento de las zonas de debilidad local y, por lo tanto, afectará a la estabilidad de la resistencia.
4. Ajustes repetidos de la formulación y baja eficiencia en las pruebas de mezcla
Debido a la falta de estabilidad de las materias primas, los clientes se ven obligados a ajustar con frecuencia la dosis de reductor de agua, la relación agua-cemento, el tiempo de amasado y la proporción de polvos, lo que aumenta la duración del ciclo de pruebas y los costes de validación técnica. Para los clientes de elementos prefabricados de UHPC, esta inestabilidad afecta directamente al ritmo de entrega de los productos.
Por qué se eligió UH-94 y cómo se planteó la prueba
Para dar respuesta al principal problema del cliente —«se puede alcanzar una alta resistencia, pero la estabilidad entre lotes es insuficiente»—, le recomendamos sustituir el microsílice común que utilizaba por el microsílice semicompacto UH-94, como material silíceo activo fundamental en el sistema de UHPC.
1. ¿Por qué elegir la microsílice UH-94?
Los requisitos del sistema UHPC respecto a la microsílice no se limitan a que sea «fina», sino que también incluyen un alto contenido en SiO₂, un bajo nivel de impurezas, una actividad estable y una buena capacidad de relleno de las partículas. Uno de nuestros clientes más especializados en este ámbito utiliza precisamente este producto, el MSILI UH-94. Gracias a un material silíceo activo más estable, proporciona al sistema UHPC una base más controlable para el microrrelleno y la reacción de la ceniza volcánica.
2. ¿Por qué elegir el tipo semicompacto?
Los clientes no solo necesitan una «alta actividad», sino también que el microsílice presente una mejor capacidad de dispersión estable en el sistema UHPC. Estudios públicos señalan que las aglomeraciones formadas por el polvo de sílice pueden redispersarse optimizando el método de agitación, y que la eficiencia de la dispersión está relacionada con los aditivos, la composición de la mezcla y la relación agua-cemento; en condiciones de alto contenido de polvo, baja relación agua-cemento, reductores de agua de alta eficacia y agitación de alto cizallamiento, las aglomeraciones de polvo de sílice pueden desintegrarse eficazmente.
La ventaja de la microsílice MSILI UH-94 radica en que se dispersa más fácilmente en el sistema de UHPC que la microsílice totalmente compactada, y a la vez favorece más la estabilidad entre lotes que la microsílice suelta convencional. En lo que respecta al problema actual del cliente, el tipo semicompactado no se elige simplemente por su «facilidad de uso», sino para lograr un equilibrio entre la actividad, la dispersión y la estabilidad.
3. Idea central de la solución
Esta solución no consiste en un simple cambio de materia prima, sino en una optimización sistemática centrada en la estabilidad de la resistencia del UHPC:
- En primer lugar, se sustituye el microsílice convencional, que presentaba grandes fluctuaciones, por el microsílice MSILI UH-94
- en segundo lugar, se mantiene la dosis de microsílice dentro de un rango razonable, tomando como referencia el porcentaje habitual en el UHPC, que oscila entre el 15 % y el 25 % de la masa de cemento
- en tercer lugar, se optimiza el orden de mezcla en seco y en húmedo para mejorar la eficiencia de dispersión de la microsílice en el sistema
- en cuarto lugar, se evalúa la estabilidad de la formulación mediante la fluidez, la resistencia a los 7 días, la resistencia a los 28 días y la dispersión de la resistencia
- en quinto lugar, se realizan ajustes finos en el reductor de agua y el régimen de agitación en función de los resultados de los ensayos, en lugar de realizar ajustes drásticos y repetidos en la formulación principal.
Dosificación, mezclado y resultados
1. Diseño de la formulación de referencia
El cliente utiliza actualmente un sistema compuesto por cemento, microsílice, polvo de cuarzo, arena de cuarzo, agua, reductor de agua policarboxílico y fibras de acero, con un requisito de resistencia superior a 120 MPa. Las proporciones recomendadas son: 1 parte de cemento, 0,25 de microsílice, 0,35 de polvo de cuarzo, 1,10 de arena de cuarzo, 0,25 de agua, 0,0012 de reductor de agua y fibras de acero con una dosis del 2 % en volumen.
| Materias primas | Proporciones de referencia |
|---|---|
| Cemento | 1 |
| Microsílice UH-94 | 0,25 |
| Polvo de cuarzo | 0,35 |
| Arena de cuarzo | 1,10 |
| Agua | 0,25 |
| Reductor de agua policarboxílico | 0,0012 |
| Fibras de acero | 2 % de la mezcla en volumen |
El objetivo principal de esta formulación no es simplemente aumentar la proporción de ceniza de silicio, sino mejorar la densidad de la pasta de UHPC y reducir el riesgo de fluctuaciones en la resistencia mediante la optimización de la distribución granulométrica entre el polvo de microsílice, el cemento, el polvo de cuarzo y la arena de cuarzo.
2. Optimización del proceso de mezclado
El método de preparación del UHPC consiste en mezclar en seco a baja velocidad la ceniza de silicio y la arena de cuarzo durante 5 minutos, aprovechando la colisión entre las partículas duras para ayudar a desagregar los aglomerados de ceniza de silicio; a continuación, se añaden el cemento y el polvo de cuarzo y se continúa mezclando en seco durante 5 minutos; por último, se añaden agua y un reductor de agua policarboxílico, lo que hace que el sistema pase gradualmente de un estado aglomerado a uno disperso y en suspensión; las fibras de acero se añaden una vez formada la pasta y se agitan a alta velocidad durante 2 minutos.
El cliente, basándose en este enfoque durante los ensayos, centró sus esfuerzos en dos aspectos clave: «desagregar los aglomerados de microsílice» y «formar una pasta homogénea», en lugar de aumentar ciegamente la cantidad de reductor de agua. De este modo, se reduce la variabilidad en la resistencia debida a una dispersión insuficiente en algunas zonas.
3. Resultados de fluidez (véase
)Según los registros de ensayo, los índices de extensión de fluidez del UHPFRC fueron de 260 mm, 260 mm y 265 mm, respectivamente, lo que lo clasifica como UHPC viscoso con capacidad de autocompactación, cumpliendo así con los requisitos. Tras el ensayo con el microsílice MSILI UH-94, el estado de la pasta resultó más homogéneo y la fluidez se mantuvo más fácilmente dentro de un rango estable, lo que sentó las bases para la estabilidad de la resistencia posterior.
4. Resultados de resistencia: véase
En condiciones de secado a temperatura ambiente, la resistencia a la compresión a los 7 días fue de 108,07 MPa, y a los 28 días, de 139,21 MPa.
Para el cliente, el valor de la aplicación del microsilicato MSILI UH-94 no radica únicamente en alcanzar la máxima resistencia en una sola prueba, sino en ayudar a que la formulación alcance el rango de resistencia objetivo de forma más estable.
5. Resumen de los resultados de las pruebas de los clientes
Durante el proceso de pruebas de los clientes, tras el uso de la microsílice MSILI UH-94, el sistema UHPC mostró las siguientes mejoras:
- En primer lugar, mejoró la homogeneidad de la pasta y se estabilizó la dispersión del polvo
- En segundo lugar, se redujeron las fluctuaciones en la fluidez y la extensión, lo que facilitó el control del estado de la mezcla
- En tercer lugar, la evolución de la resistencia a los 7 días fue más estable, reduciéndose el número de lotes con resistencia inicial baja
- En cuarto lugar, se redujo la dispersión de la resistencia a la compresión a los 28 días, lo que facilitó alcanzar de forma estable el intervalo objetivo
- En quinto lugar, se redujo la frecuencia de ajuste de la formulación, y el cliente ya no tuvo que compensar las fluctuaciones de las materias primas modificando con frecuencia la relación agua-cemento o la dosis de aditivos.
Transferencia a producción y revisión técnica
1. Contenido de la entrega
La entrega de este proyecto no consiste simplemente en suministrar el microsílice MSILI UH-94, sino en ofrecer un asesoramiento completo sobre la selección de materiales para garantizar la estabilidad de la resistencia del UHPC, incluyendo:
- Recomendaciones sobre los parámetros de calidad de la microsílice
- Recomendaciones sobre las dosis de referencia para el UHPC
- Recomendaciones sobre la adaptación de la granulometría del polvo de cuarzo y la arena de cuarzo
- Recomendaciones sobre el orden de mezcla en seco y en húmedo
- Recomendaciones sobre la adaptación de los reductores de agua
- Recomendaciones sobre la verificación de la resistencia a los 7 y 28 días
- Recomendaciones sobre el seguimiento de la estabilidad de los lotes.
2. Conclusiones del análisis retrospectivo
Tras el análisis retrospectivo, se observa que la esencia del problema original del cliente no era que «la formulación del UHPC no permitiera alcanzar una alta resistencia», sino que «las fluctuaciones en las materias primas clave provocaban una falta de estabilidad en la resistencia».
En el sistema UHPC, el microsílice desempeña tres funciones a la vez:
- En primer lugar, como relleno ultrafino, rellena los poros microscópicos entre las partículas de cemento y el polvo de cuarzo
- en segundo lugar, como material silíceo activo, participa en la reacción de la ceniza volcánica y favorece la formación del gel C-S-H
- en tercer lugar, como parte del sistema de granulometría, influye en la reología de la lechada, su densidad y la estructura de las interfaces.
Cuando la estabilidad de lote del polvo de microsílice es insuficiente, estas tres funciones se ven afectadas. Tras sustituir el polvo de microsílice por MSILI UH-94, el sistema de UHPC del cliente obtuvo una base activa más estable y un estado de dispersión más controlable, lo que redujo el riesgo de fluctuaciones en la resistencia.
3. Valor del caso práctico
Este caso ilustra que, a la hora de elegir micro sílice, los clientes de UHPC no deben fijarse únicamente en el precio ni en un único indicador de SiO₂. Lo que realmente influye en la estabilidad de la producción son las prestaciones integrales del micro sílice, entre las que se incluyen la actividad, la finura, el estado de aglomeración, la capacidad de dispersión, la uniformidad entre lotes y el grado de compatibilidad con el sistema de cemento, polvo de cuarzo, arena de cuarzo y reductor de agua.
El valor de la microsílice MSILI UH-94 radica en ayudar a los clientes a pasar del «alto rendimiento en laboratorio» del UHPC a una «producción estable en obra».
Qué demuestra este caso de UHPC
Para los clientes del UHPC, la inestabilidad de la resistencia no suele ser un problema relacionado con un único parámetro, sino el resultado de la interacción entre las materias primas, la granulometría, la dispersión, el mezclado y el curado. Entre estos factores, la microsílice, como aditivo mineral activo fundamental en el sistema del UHPC, tiene una influencia clave en la estabilidad de la resistencia.
En este caso práctico, el cliente, al incorporar el microsílice MSILI UH-94, ha solucionado el problema de inestabilidad de la resistencia provocado por las fluctuaciones en la materia prima del microsílice original, lo que ha permitido mejorar la homogeneidad de la pasta de UHPC, el desarrollo de la resistencia y la estabilidad entre lotes.
Para los clientes que fabrican elementos de puentes de UHPC, losas, prefabricados de alta resistencia, productos de RPC y materiales para nudos de ensamblaje, el microsílice MSILI UH-94 constituye una solución específica para UHPC que combina alta actividad, alta capacidad de dispersión y alta estabilidad.
