Concreto de alto rendimiento! En años recientes, el uso de materiales cementantes suplementarios -principalmente cenizas volantes, escorias de alto horno-, se ha vuelto cada vez más común en el NSC, en parte por razones de economía y en parte por los beneficios técnicos ofrecidos por estos materiales. En el caso del HPC, las razones para su uso son aún más fuertes.
Dado que la alta resistencia del HPC (Concreto de alto rendimiento) se debe, en parte, a la presencia de una matriz densa, reemplazar una porción del cemento Pórtland con uno o más materiales cementantes significa que un reemplazo parcial de cemento es benéfico desde el punto de vista del control de las propiedades reológicas del HPC.
En la mayoría de los casos del Concreto de alto rendimiento
existe también el beneficio económico del precio diferencial entre el cemento y el material cementante suplementario. Adicionalmente, el reemplazo parcial de cemento casi siempre permite una reducción significativa en la dosis de superplastificante, que es un ingrediente particularmente costoso.
Es bueno recordar que las cenizas volantes y las escorias de alto horno no son químicamente inertes en el concreto, y de hecho, contribuyen al desarrollo de la resistencia. En adición a los materiales cementantes suplementarios, la tendencia moderna en algunos cementos comerciales es incluir un relleno inerte tal como piedra caliza molida. El uso de rellenos en el HPC no ha sido aún investigado adecuadamente.
En relación con esto, se puede observar que el humo de sílice actúa como una carga durante las primeras etapas del curado del hormigón y, por lo tanto, contribuye a aumentar la densidad de la matriz. Sin embargo, el humo de sílice también juega otros papeles importantes en el concreto, ya que es un material cementoso adicional.
La carrera por alcanzar resistencias a la compresión aún más altas
Ha llevado al uso de combinaciones de humo de sílice con uno u otro de los dos materiales cementantes suplementarios más comunes.
Por ejemplo, en Toronto, Canadá, un concreto con un contenido de 315 kg/m3 de cemento Pórtland, 137 kg/m3 de escorias de alto horno, y 36 kg/m3 de humo de sílice, exhibió buenas propiedades reológicas, llevó a una resistencia a la compresión de 70 a 85 Mpa, y probó ser económico.
Mientras tanto en Montreal, una planta de concreto premezclado produjo concreto con una resistencia a la compresión a un año de 130 MPa (18 900 psi) (medidos en cilindros de 100 x 200 mm), utilizando una relación agua – material cementante a/(c + m) de 0,25.
El contenido total del material cementante fue 542 kg/m3, del cual el 60% eran escorias de alto horno, 10% humo de sílice, y solo el 30% cemento Pórtland. Las propiedades de este concreto, y también de otros cuatro concretos experimentales, se muestran en la tabla 1.
¿Cuál relación agua/cemento?
En el anterior párrafo, nos referimos a a/(c + m) y no a a/c. Con el uso cada vez mayor de materiales cementosos adicionales en HPC, tenemos que considerar cuál de las dos partes es más adecuada bajo ciertas circunstancias. De hecho, también tenemos que pensar en la relación agua / masa de todas las partículas finamente divididas en la mezcla.
Ciertamente, no hay una respuesta simple o única para la pregunta ¿Cuál relación agua/cemento? En sistemas ternarios (cemento – escorias – humo de sílice, o cemento – cenizas volantes – humo de sílice) las diversas partículas participan en formas, proporciones y momentos diferentes.
En general, se puede decir que el cemento se hidrata más rápido que los materiales cementosos adicionales y, por lo tanto, absorbe la mayor parte del agua mezclada. Basado en este último hecho, es tentador concluir que la densidad de la matriz en la etapa inicial de curado está controlada por la relación A / C, que no tiene en cuenta la presencia de otras partículas finas.
Resistencia del agregado para Concreto de alto rendimiento
En el NSC, la resistencia del agregado juega un papel menor. Mientras que las propiedades del agregado influyen en el módulo de elasticidad del concreto, tanto como en sus propiedades térmicas, éstas son críticamente importantes en casos en los cuales el concreto presenta una variación grande y repetida en la temperatura.
No debemos caer en la trampa de subestimar la importancia de la calidad del agregado en el NSC.
La gradación del agregado todavía es de capital importancia, y su forma y la textura de su superficie, tanto como la presencia de materiales deletéreos, también influyen en las propiedades del concreto resultante. Sin embargo, la resistencia del agregado no es un factor limitante para la resistencia del concreto resultante, como lo atestigua, por ejemplo, el hecho de que la resistencia del concreto liviano puede ser más alta que la resistencia del agregado usado.
Lo que determina la resistencia del NSC es la resistencia de la pasta hidratada de cemento; por esto es que la proporción a/c es el factor más importante en el control de la resistencia a la compresión del NSC.
La situación es bien diferente con el HPC, donde la unión entre el agregado y la pasta de cemento hidratada es tan fuerte que resulta en una transferencia significativa de esfuerzo a través de la superficie de contacto pasta-agregado. Al mismo tiempo , la resistencia de la superficie de la pasta de cemento es muy alta, y algunas veces más alta que la resistencia de las partículas de agregado.
La observación de superficies de fractura en el HPC ha mostrado que éstas pasan a través de las partículas de agregado grueso tan a menudo como, sino más que, a través de la pasta de cemento en sí misma.
De hecho, en algunos casos se ha encontrado que la resistencia de las partículas de agregado es el factor que limita la resistencia del concreto a la compresión.
En otras palabras, el HPC se comporta, en gran medida, como un material compuesto suave ideal, que comparte el esfuerzo con el agregado y la pasta de cemento hidratada. La participación del agregado en el proceso de carga puede ser discernido partiendo de las formas de las curvas (o lazos) de histéresis obtenidos en los ensayos de laboratorio. La forma de la curva de histéresis está fuertemente influenciada por lsa propiedades del agregado.
De esto se dessprende que las propiedades del agregado, especialmente las de su fracción gruesa, tienen una influencia considerable sobre las propiedad del HPC resultante. Como aún no estamos en una posición que nos permita dar una guía con bases teóricas (lo cual es también el caso con el NCS), hemos desarrollado algunos lineamientos.
Uno de estos se refiere al tamaño máximo del agregado triturado (MSA). Debido a que el proceso de triturad toma lugar preferentemente a lo largo de una zona potencial de debilidad dentro de la roca madre, y así la remueven, las partículas más pequeñas de la fracción de agregado grueso son probablemente más fuertes que las más grandes.
Consecuentemente, hemos encontrado que para HPC con una resistencia a la compresión dentro del rango de 60 a 100 MPa (8700 a 14 500 psi) se puede utilizar un MSA mayor o igual a 20 mm (3/4 pulg.). Sin embargo, cuando se requiera una resistencia superior a 100 MPa (14 500 psi), el MSA no deberá exceder 10 ó 12 mm (1/2 pulg), a menos que los ensayos de laboratorio demuestren que se puede utilizar un MSA más grande.
En lo concerniente a la forma del agregado grueso, hemos encontrado que las gravillas glaciales y fluvio-glaciales son excelentes. El agregado triturado puede ser igualmente bueno, dado que las partículas trituradas son en su mayoría de forma cúbica, con un mínimo de partículas planas o elongadas. Estas últimas podrían tener un efecto adverso en la trabajabilidad.
Desde el punto de vista petrográfico, hemos encontrado que algunos tipos de calizas, calizas dolomíticas y granitos, también son igualmente buenas; puede haber, desde luego, otras rocas que produzcan excelentes agregados para el HPC, pero deben ser sometidas a ensayo.
Conclusiones sobre Concreto de alto rendimiento
El HPC no es un material inusual ni difícil. ¡Es concreto! Como con cualquier concreto, la resistencia a la compresión del HPC depende de la relación a/c; pero la resistencia del agregado en sí puede ser un factor limitante.
Por primera vez en la historia de la tecnología del concreto (distinto de las pastas compactas), el concreto trabajable se puede hacer con un contenido de agua en la mezcla no mayor que la cantidad de agua teóricamente requerida para hidratar todo el cemento presente. Esto es posible gracias a las propiedades de dispersión de los superplastificantes modernos.
El superplastificante y el cemento tienen que ser compatibles entre sí, de tal forma que el concreto tenga propiedades reológicas adecuadas, y existen medios de establecer pares compatibles de estos materiales.
Si se usa una combinación compatible de cemento Pórtland y superplastificante, agregados adecuados y un control de calidad muy estricto y consistente, es posible producir en una planta de concreto premezclado, HPC con una resistencia a la compresión de hasta 150 Mpa (21 800 psi) y mantener la producción de concreto con esta resistencia cada día.
El HPC está ahí para servir a los ingenieros y a los clientes, y para ofrecer soluciones técnicas económicas. Sería una lástima que los beneficios de este material no fueran explotados, simplemente por la falta de conocimiento de sus propiedades y medios de producción.
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