El concreto de hoy. Ing Carlos Arcila López

Transcripción

1 El concreto de hoy Ing Carlos Arcila López

2 El concreto El material más El material más usado en el mundo, después del agua!

3 Un maravilloso Material que permite hacer obras como estas

4 Estadio, Cartagena

5 Puente atirantado, Rep. Dominicana

6 Presa en CCR, La Miel I Colombia

7 El concreto, un material maravilloso Silos, Medellín

8 Prefabricados para un gran puente

9 Dovelas para revestir un túnel

10 Construcción Industrializada

11 Colado de una plataforma marina por bombeo

12 Reparación de losas con Fast Track en un aeropuerto

13 Y podríamos quedarnos aquí semanas Pero, a qué no adivinan que tienen de común todos estos tipos de concretos? Todos constituyen un tipo de concreto distinto y, muy seguramente, requirieron una tecnología de cementante y de aditivo distintas!

14 Qué pasa con el concreto de hoy? Simplemente que es distinto t al de hace unos años pero seguimos especificándolo igual! Resistencia a Muchas veces y compresión a 28 casi para todo: días! 210 kg/cm 2 Agua /cemento Contenido de aire Permeabilidad d Tipo de Cuantía máxima y Resistencia a cierto cementante tipo de adición ambiente?

15 Dar hoy en día un valor de resistencia es muy poca información para caracterizar un concreto 27 cm 27 cm

16 Tanque fisurado en plena elaboración Cuenta con el acero necesario? Especificaron el concreto requerido?

17 Por qué especificamos como ayer? RAZONES: Aún nos ronda en la cabeza eso de que cemento es cemento! O repetimos la frase de algunos expertos de que un concreto no necesita aditivos O una razón que me impactó: qué hay que estudiarle a algo que se pide por teléfono? La principal razón: Cada vez sabemos más de diseño y menos de concreto! c o

18 La Normativa de Durabilidad actual Seguimos copiando normativas hechas h para países con condiciones muy distintas a las nuestras. Muy poco trabajo de la industria del concreto, investigadores, universidades, institutos para generar resultados que permitan normalizar para un país en particular. ACI (C.4) Problemas para aplicarlo en países tropicales (pero es la base de la normativa en casi toda Latinoamérica!)

19 El concreto en nuestro medio AÑOS 50 Años 70 Años 90 Cemento Tipo I Cementos Tipo I, III, V Cementos I, I, II, V Escoria, Microsílica Arena Arena Arena Grava Grava Grava Agua Aditivo Reductor Agua Aditivos WR, HRWR, Aireantes Agua Agua

20 El concreto en nuestro medio Año 2010 Cemento I, II, ARI, adicionados Adicionesi Escoria Ceniza Volante Microsílica Metacaolín Volcánicas Arena Grava Fibras Aditivos Modificadores de fraguado WR, HRWR, UltraHRWR Acelerantes de endurecimiento Incorporadores de aire Inhibidores de corrosión Controladores de la RAA Reductores de Contracción Modificadores de viscosidad Aditivos anticongelantes Antiespumantes (no aire) Ayudantes de molienda

21 Las especificaciones también han variado Años 50: Resistencia especificada a 28 días No se hablaba de relación agua/cemento Dosificaciones por volumen (1:2:3=3000psi) Cementos gruesos Grandes secciones Agregados de gran TM Mezclado y colocación casi manual o con carretillas

22 Las especificaciones también han variado Años 80: Resistencia especificada a 28 días Ya se usan mezclas con retardadores y otras aceleradas con cloruros Se empieza a hablar de la relac agua/cemento Dosificaciones por peso Cementos de mayor finura, aparecen algunas adiciones Secciones empiezan a reducirse Agregados g de TM normal (< 37 mm) Aparecen los Superplastificantes. Colocación con tolvas y con bombas

23 Las especificaciones también han variado Años 2010: Resistencia especificada a 1,3,7, 28, 56 y 90 días Los aditivos empiezan a diseñarse a la medida (Tailor made) Algunas Normas especifican relac agua/cemento para cada tipo de ambiente Cementos de mayor finura Uso industrial de las adiciones Sistemas industrializados de construcción exigen concretos de gran rendimiento Agregados tienden a no superar los 25 mm Se empieza a trabajar en concretos de alto desempeño El Fast Track y el concreto autocompactante están de moda La durabilidad y la sustentabilidad son el tema del día

24 Los materiales que componen el concreto El más importante por su aporte a las propiedades físicas de la mezcla en estado fresco y endurecido es el cementante.sin menospreciar los agregados que ya empiezan a jugar un rol protagónico: Ya no se consideran inertes (RAA, RAC) Escasea su suministro Interacción química con los aditivos

25 Tipos de Cemento Portland ASTM C 150 I Normal II Moderada resistencia a los sulfatos III Alta resistencia inicial IV Bajo calor de hidratación V Alta resistencia i a los sulfatos

26 Cementos Hidráulicos Adicionados ASTM C 595 Tipo IS Cemento portland siderúrgico Tipo IP Cemento portland puzolánico Tipo P Cemento puzolánico Tipo I(PM) Cemento portland modificado con puzolana Tipo S Cemento de escoria o siderúrgico Tipo I(SM) Cemento portland modificado con escoria

27 Cemento Hidráulico ASTM C 1157 Tipo GU Uso general Tipo HE Alta resistencia inicial Tipo MS Moderada resistencia a los sulfatos Tipo HS Alta resistencia a los sulfatos Tipo MH Moderado calor de hidratación Tipo LH Bajo calor de hidratación Cementos por desempeño, no se juzga su composición!

28 Aplicaciones Especificación del cemento Uso general Moderado calor de hidratación Alta resistenci a inicial Bajo calor de hidratación Moderada resistencia a los sulfatos Alta resistencia a los sulfatos Resistencia a la reacción álcali-sílice (RAS) ASTM C 150 (AASHTO M 85) Cementos portland I II moderado calor de III IV II V hidratación bajo en álcalis ASTM C 595 (AASHTO M 240) Cementos hidráulicos adicionados IS IP I(PM) I(SM) S, P IS(MH) IP(MH) I(PM)(MH) I(SM)(MH) P(LH) IS(MS) IP(MS) P(MS) I(PM)(MS) I(SM)(MS) Opción de baja reactividad ASTM C 1157 Cementos hidráulicos GU MH HE LH MS HS R

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30 Cómo es la cosa con los cementos Los últimos 60 años los dedicó la industria cementera mundial a la optimización química del cemento Portland. Estudio de la hidratación del cemento pero en particular de sus fases (aluminatos, silicatos). Estudio de la acción del sulfatos y en particular de la importancia de la forma como es introducido Jolicoeur, C et Al, Trends in Concrete Chemical Admixtures

31 La cosa con los cementos Los componentes de cada tipo de cemento (I,II,II,IV II II IV y V) fueron sintonizados finamente para lograr el control de: Proceso de Hidratación Tiempo de manejabilidad Fraguados Desarrollo de resistencia i iniciali i Bajo desprendimiento de calor Buen comportamiento a largo plazo Jolicoeur, C et Al, Trends in Concrete Chemical Admixtures

32 Pero aparecen las adiciones Empezamos a introducir las adiciones en la tecnología del concreto; en forma tímida, al comienzo, y luego ya en mayor proporción. Empieza a bajar la cuantía de cemento necesaria para alcanzar cierta resistencia; i con la ayuda de nuevos aditivos se empieza a hacer realidad el sueño de producir 1 kg/cm 2 con 1 kg de cementante!

33 Ventajas comprobadas del uso de adiciones reactivas Adiciones como la ceniza volante (Fly Ash), la Escoria de Alto Horno ( Slag) y el Humo de Sílice (Silica Fume)seusandemanera usan manera creciente en el concreto para: Controlar el ingreso de cloruros Controlar la reacción álcali-agregado g Controlar el ataque por sulfatos Reducir el calor de hidratación de la mezcla Y desde el punto de vista del medio ambiente reducen las emisiones contaminantes!

34 Ataque por sulfatos

35 Acción de los sulfatos Procesos químicos en el concreto 1) Substitución del catión Mg 2+ --> Ca 2+ MgSO 4 + Ca (OH) 2 + H 2 O --> Ca SO 4 + Mg (OH) 2 Yeso secundario cristaliza Precipita 2) Acción del yeso secundario expansión CaSO 4 + C 3 A + 32 H 2 O --> C 3 A3CaSO H 2 O Etringita expansión

36 Reactividad álcali-agregado g

37 Uso de adición puzolánica para controlar el fenómeno expansivo

38 Ceniza de Cáscara de Arroz

39 Uso de adiciones puzolánicas para controlar la RAA Uso de escoria de Alto Horno K. Mehta y Monteiro

40 Ataque por cloruros

41 Resistencia al paso de cloruros Problemas de las prescripciones de mezcla Tres mezclas con igual relación agua/cementante pueden mostrar diferente desempeño en pruebas de durabilidad, dependiendo de la composición del cementante y tipo de adición puzolánica. Permeabilidad Rápida a Cloruros

42 ASTM Prueba Rápida de permeabilidad a cloruros Resultados tesis de maestría en estructuras. U. Andes. Ing. Karina Santamaría

43 Un pequeño pecado La alcalinidad que le confiere al agua de poros el Hidróxido de Calcio protege la capa pasiva del acero de refuerzo. Cuando se excede con la cuantía de adición, especialmente en concretos de baja resistencia: 1. Se produce menos Hidróxido de Calcio (% de reemplazo de cemento) 2. Dependiendo del tipo de adición esta consume buena parte de dicho Hidróxido de Calcio para convertirse en pasta de cemento. De esta manera concretos fuertemente adicionados ven aumentar la velocidad con la cual se carbonatan.

44 Influencia de las adiciones puzolánicas en la carbonatación Profundidad de carbonatación vs relación a/c. T=15años HR = 70% Helene P El fenómeno de la corrosión en la vida útil de las estructuras Curso Helene, P, El fenómeno de la corrosión en la vida útil de las estructuras, Curso Internacional de durabilidad, patología y rehabilitación, IMCYC, México, 1998.

45 Carbonatación acelerada Sin adición puzolánica 4 semanas de ataque con 5% de CO2 Con 20% de adición

46 ph<10 ph>10 Medida de la profundidad de carbonatación (ataque CO 2 )

47 Control de la Carbonatación En estructuras ya viejas barreras de CO2

48 Adiciones Silíceas Alumínicas Combinaciones de estas dos La composición determina el carácter de la puzolana! Actividad depende del contenido de SiO 2 (mín 25%), Al 2 O 3 y, especialmente, de la finura de molienda de la puzolana, entre otros.

49 Adiciones Puzolánicas La norma ASTM , define las puzolanas como "materiales silíceos o alumino-silíceos los cuales, por sí solos, poseen poco o ningún valor cementante, pero cuando se han dividido finamente y están en presencia de agua reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio, a temperatura ambiente, para formar compuestos con propiedades d cementantes".

50 Parte del problema es que el lenguaje es para especialistas

51 Adiciones Puzolánicas Cemento Portland + H 2 O SCH +Ca(OH) 2 Puzolana + Ca(OH) 2 + H 2 O SCH

52 Curado del concreto Tabla No.1: Tiempos mínimos de curado hídrico (NBR-6118) (Días)

53 Curado del concreto Correcciones a los tiempos de curado hídrico

54 Curado del concreto Influencia del curado en la permeabilidad de probetas de concreto

55 Membranas de curado

56 Combinación de retardador de evaporación, curador y lona

57 Curado del concreto Influencia del tamaño de la sección en la pérdida de agua Control de la eficiencia del curado en obra..? Sika Colombia S.A

58 Desarrollo de resistencias Resistencia inicial Resistencia a largo plazo

59 La resistencia y la temperatura tienen algo en común! Alta resistencia inicial, menor resistencia final Baja resistencia inicial, Alta resistencia final

60 ADICIONES PUZOLÁNICAS 24 EVOLUCIÓN DE TEMPERATURAS. MEZCLA CON DIFERENTES CONTENIDOS DE ESCORIA. CTO. CPR III. ASENTAM IENTO 8 CM. PLASTIM ENT TM 7 0.7%. A/C /08/ Escoria 0% Escoria 26% Escoria % 24 EDAD (Horas) Influencia en el desarrollo de calor de hidratación de una escoria Influencia en el desarrollo de calor de hidratación de una escoria de alto horno

61 Los aditivos y el concreto de hoy A consecuencia de la variabilidad d inherente en la composición de los materiales cementantes, la complejidad química aumenta. La optimización lograda en el cemento Portland se pierde Cómo solucionar el problema Reformulando los cementos (costo, tiempo, dudosa utilidad por la variación de las puzolanas) Introduciendo aditivos hechos a la medida

62 Desarrollo típico de resistencia con varios cementos Cómo compensar el bajón de resistencias iniciales?

63 Recordemos cómo trabajan los componentes del cemento! Principales compuestos del Cemento Portland y sus características Fórmula abreviada C3S C2S C3A C4AF Nombre común Alita Belita no Ferrita Proporción en el cemento Rapidez de reacción con agua Rápida Lenta Rápida Moderada Contribución a la Resistencia Temprana edad Buena Pobre Buena Buena Última Buena Excelente Media Media Calor de hidratación Medio Bajo Alto Medio Calorías por gramo Una primera opción es bajarle al lento y subirle a los rápidos Mehta y Monteiro

64 Cambios en el concreto al modificar los compuestos del cemento! C3S K. Metha y Monteiro

65 La tercera opción es moler más fino el clinker! Aumenta la finura Aumenta la velocidad de hidratación Aumenta el calor La mezcla pide más agua Portland Cement Association

66 Ayudantes de molienda Algunos además de aumentar la finura del cemento para igual tiempo de molienda, incrementan las resistencias iniciales.

67 Curvas Temperatura vs Tiempo con aditivos

68 Una opción fácil de implementar: usar aditivos! Reductor de agua +Acelerante Acelerante Adicionado

69 Aditivos indispensables en el Concreto de Hoy! HRWR: no es posible pensar en un concreto de alto desempeño, y en concretos con grandes cantidades de adiciones o con dosis altas de humo de sílice sin el empleo de un reductor de agua de alto poder, ya que en ambos casos crece la demanda de agua. No es posible pensar en concretos durables sin que nos veamos obligados a trabajar con relaciones a/c bajas.

70 Aditivos indispensables INCORPORADORES DE AIRE: de gran ayuda en la tarea de impermeabilizar el concreto y aumentar su resistencia ciclos de hielo-deshielo deshielo. MODIFICADORES DE VISCOSIDAD: Indispensables para los concretos autocompactantes, para el concreto lanzado. ACELERANTES DE ENDURECIMIENTO:Notocanlos No fraguados (no alteran la manejabildad) pero permiten alcanzar grandes resistencias en muy poco tiempo, indispensables para el Fast Track y los sistemas industrializados (Contech / Outinord)

71 Porosidad Permeabilidad Resistencia Fraguado Inicial Fraguado Final Sólido Rígido

72 Portland Cement Association

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74 Agua dosificada al ojo!

75 Condiciones de la obra (Tº,HR) Especificaciones y requerimientos del cliente (Tiempo de manejabilidad, Fraguados, Resistencia inicial, resistencia final. Espec. Durabilidad Aditivos dt hechos a la medida da

76 La piel del concreto

77 Colocación y compactación manual. Mezcla de bajo asentamiento, exige muy buena compactación

78 El recubrimiento debe ser mínimo de 5 cm sobre el acero más expuesto. Muy importante un excelente curado hídrico los primeros 3 días.

79 Ensayos y equipamiento para medir las bondades del concreto de hoy Ensayo LeChatelier Anstett Sulfatos

80 Ensayos y equipamiento para medir las bondades del concreto de hoy Expansión en morteros RAA / RAC

81 Equipo de seguimiento térmico para determinar la resistencia in situ Aidetherm

82 Retracción plástica (LVDT 400) Retracción de concreto endurecido

83 Ensayos y equipamiento para medir las bondades del concreto de hoy Permeabilidad (RCPT) Cloruros

84 Estudio del CCR con Energía Ultrasónica

85 Algo positivo de todo este asunto La tecnología del concreto va camino de volverse, por fin, un trabajo para. especialistas!

86 Compresión Flexión Gracias por su atención!