Morteros aligerados con perlas pre-expandidas de poliestireno

Dada la constante innovación de métodos de construcción con diversos e inusuales materiales, se planteó la posibilidad de incorporar perlas de poliestireno expandidas (EPS) que añaden una gran cantidad de vacíos en sustitución del agregado grueso para lograr un producto más ligero y económico que a su vez cumpla con requerimientos mínimos de resistencia y alto rendimiento por fácil mezclado y colocación, dependiendo de la densidad producida en la mezcla. Aunque esto pueda significar una lógica disminución de su resistencia mecánica, no por ello deja de ser ideal para algunos casos de aplicación en los que una adecuada resistencia no siempre es necesaria.

Este tipo de preparaciones son ideales para aislamiento térmico y acústico además de los casos específicos estructurales de menor rango tales como tabiquería, muros o elementos que se prefabrican en un lapso de tiempo relativamente corto. Hay que tomar en cuenta que estas mezclas requieren el uso imprescindible de un aditivo adherente que ayude a integrar las perlas en la masa de mortero, además de incorporar previamente estas unidades con un poco de agua y una parte de la arena durante el mezclado para evitar la segregación de éstas dada su tendencia a flotar.

La densidad estándar con que suele fabricarse la perla para aligerar concretos se aproxima a los 14 Kg/m³. Sin embargo, las densidades que se obtienen en las empresas fabricantes de EPS oscilan entre 12 y 50 Kg/m³.

De allí surge la inquietud por indagar de qué manera influye esta variable si se controla en la preparación de mezclas de mortero.

Parámetros de Diseño:

v Resistencia a la compresión a los 28 días en un rango de 150 a 250 Kg/cm² y peso unitario entre 1600 y 1850 Kg/m³ para el caso de concretos estructurales livianos.

v Relación agua-cemento de 0.50 con un asentamiento de 5 a 6 pulgadas.

v Sustitución inicial del 30% de la arena por la cantidad equivalente de perlas de poliestireno, ya que no se toma en cuenta la presencia del agregado grueso convencional, para un contenido de aire teórico, cercano al 10%.

El propósito principal fue diseñar dos mezclas fundamentales de mortero aligerado, cada una con una determinada densidad de perla de poliestireno pre-expandida.

Perlas de poliestireno de 10 y 40 Kg/m³ de densidad.

Método de Mezclado:

v Conocido el contenido de humedad de la arena y hecho los ajustes necesarios al diseño, se pesaron y midieron todos los materiales a utilizar.

v Se humedeció el interior de la mezcladora para luego ser introducida en ella la mitad de la arena junto con un tercio del contenido de agua y la totalidad de las perlas.

v Luego de poner en marcha la máquina, se agregó todo el contenido de cemento Portland tipo I junto con otro tercio del agua de diseño. Se repite nuevamente el mezclado antes de incorporar la otra mitad de la arena. Por último, se añadieron los aditivos Pozzolith 2205, Polyheed 755 y Stearox-L (aditivo adherente) previamente diluidos con el resto del agua durante la operación de la mezcladora.

v Una vez agregados todos los materiales y sustancias, el mezclado se mantuvo por tres (3) minutos, seguido de dos (2) minutos de reposo y luego se reanudó el proceso con tres (3) minutos más.

v Finalmente, la mezcla de mortero se descargó de la máquina a una carretilla limpia, mientras se removía la mezcla con una cuchara metálica para que quedara uniforme y homogénea, evitando así la segregación.

En la tabla se presentan las cantidades necesarias para elaborar 1m³ de mortero, junto con las especificaciones previas de densidad y relación agua/cemento, aunque en laboratorio se trabajaron con dosificaciones que corresponden a 40 litros en cada diseño partiendo de una mezcla patrón.

Diseños de mezcla para 1m³ de mortero con perlas de EPS realizadas en laboratorio.

CLAD10: Concreto Ligero Anime Densidad 10.

CLAD40: Concreto Ligero Anime Densidad 40.

Resultados obtenidos:

Contenido de Aire: tal como se evidencia en la curva correspondiente de la ilustración según indican los resultados obtenidos, el porcentaje de vacíos es inversamente proporcional a la densidad de la mezcla debido a la influencia de la cantidad de perlas, ya que cada una de ellas constituyen apenas un 2% de su peso por volumen (98% es de aire).

Resistencia a la compresión: de los seis cilindros elaborados por cada diseño de mezcla, uno de ellos fue comprimido a los 3 días de edad, otros dos fueron ensayados a los 7 días y dos más a los 28 días para un total de cinco probetas sometidas a evaluación. En las siguientes ilustraciones se presentan algunas probetas cilíndricas con perlas de poliestireno de 10 y 40 Kg/m³ respectivamente, ya sometidas a rotura por compresión. En ellas se puede observar la uniforme distribución de estas partículas en la masa de mortero. Haciéndose evidente el comportamiento mecánico presentado, las de 40 Kg/m³ (CLAD40 #3) presentaron inmediatamente excelentes resultados en comparación con las de densidad 10 Kg/m³, correspondientes a las primeras muestras CLAD10 #1 y CLAD10 #2.

Mezclas y probetas sometidas a compresión, hechas con perlas de 10 y 40 Kg/m³.

La gráfica muestra el evidente mejoramiento de la resistencia en las dosificaciones de mortero elaborado con perlas de densidad 10 Kg/m³. La CLAD10 #6 fue la mezcla que finalmente cumplió satisfactoriamente con todos los requisitos previos de diseño y se puede afirmar que es la dosificación definitiva para dicha densidad A su vez, se evidencia un menor rendimiento de mortero fresco con las perlas de densidad 40 Kg/m³.

Crecimiento de resistencia a compresión y relación de % vacíos más el peso unitario