Tecnología del Hormigón 1

Dr. Ing. Sergio Carmona Malatesta

¿Por qué un curso de hormigón?Material muy usado en la construcción.

0500

10001500200025003000350040004500500055006000

1990 1993 1996 1999 2002 2005

RegiónMetropolitanaTotal país

Sus propiedades se alcanzan después de colocado en la obra.

Mezclado: en planta, camiones u obra.Transporte.Colocación, compactación y curado.

Resistencia.Porosidad.

Se usan materiales heterogeneos:Cemento: altamente controlado.Agua: controlado.Agregados:

CanteraRío: dependen de la estación del año.

Aglomerantes

Compuestos capaces de aglutinar o unir a otros sin reaccionar con ellos.Se distinguen diferentes fases

Hormigón: pasta + piedras.Asfalto: bitumen + piedras.Madera aglomerada: trozos de madera unidos.

Tipos de Aglomerantes

Dependiendo de cómo adquieren resistencia:Aglomerantes térmicos:

Asfalto pavimentosAzufre hormigón

Aglomerantes poliméricos:Urea formaldehido madera aglomeradaResinas epóxicas adhesivos

Aglomerantes aéreos e hidráulicos:CalYesoCemento

Cal:

Naturaleza:CaO + CO2 Ca CO3 Carbonato de

calcio (caliza)Industrialmente:

Ca CO3 CaO(s) + CO2(g) Cal viva

CaO + H2O Ca (OH)2(s) Cal apagada

Yeso

Naturaleza: mineral “Selenita”Ca SO4 · 2 H2O Sulfato de calcio

dihidratadorIndustrialmente:

2[Ca SO4 · 2 H2O] (Ca SO4)2 · H2O + 3H2O

Cemento hidráulico

60 – 70% Ca CO3 (Caliza)

15 – 25% Si O2 (Sílice)

3 – 8% Al2 O3 (Alúmina)

0 – 6% Fe2 O3 (Óxido de hierro)

Cemento hidráulico

Cemento hidráulico

1400º - 1650º

Cemento hidráulico

Componentes del Cemento Portland

Clinker:

Silicato tricálcico: 3CaO SiO2 C3SSilicato dicálcico: 2CaO SiO2 C2SAluminato tricálcico: 3CaO Al2O3 C3AFerroaluminato tetracálcico: 4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF

Yeso:

Sulfato de calcio dihidratado: CaSO4 2H2O CŜH2

Hidratación del cemento 1 hr.

2 hrs.

4 hrs.

9 hrs.

1 mes

Hidratación del Cemento Portland

Cemento + aguaC3S C-S-HC2S + H CHC3A SulfoaluminatosC4AFCŜH2

Reacciones de hidratación

2 C3S + 7 H C3S2H4 + 3CH2 C2S + 5 H C3S2H4 + CH

Reacción de C3A sin yeso

2 C3A + 21 H C4AH13 + C2AH8

C4AH13 + C2AH8 2 C3AH6 + 9 HReacción de C3A con yeso

C3A + 3 CŜH2 + 26 H C6AŜ3H32 (Etringita)

C6AŜ3 + 2 C3A + 4 H 3 C4AŜH12 (mono sulfo..)

Efectos del yeso

C3AH60

Solución sólida deC4AŜH12 + C4AH13

< 1.0

Monosulfoaluminato1.0

Etringita + Monosulfoaluminato1.0 – 3.0

Etringita3.0

Producto estableCŜH2 / C3A

w/c=0.5

CH

C-S-H

Poro

Hidratación de los granos (µm)

2.71.00.90.6C2S

15.07.94.73.5C3S

13.28.48.07.7C4AF

1511.210.710.4C3A

6 meses28 días7 días3 días

Granos de 30 – 55 µm

Calor hidratación

C3S∆H = -113 kJ/mol

C2S ∆H = -43 kJ/mol

C3A∆H = -340 kJ/mol

C4AF∆H = -203 kJ/mol

Calor liberado (Mindess, 1983)

-∆H (3 días) = 240 C3S + 50 C2S + 880 C3A + 290 C4AF

-∆H (1 año) = 490 C3S + 225 C2S + 1160 C3A + 375 C4AF

Cantidades en proporción en peso.∆H en kJ/kg

Cementos Portland ASTM C-150

25041054040Resistente a sulfatosV

21041255025Fraguado lentoIV

50058101560Fraguado rápidoIII

25051273045(*)II

33058122550OrdinarioI

Calor 7 días

CŜH2C4AFC3AC2SC3SNombreTipo

(*) Moderada resistencia a sulfatos y bajo calor con ganancia normal de resistencia

C-S-H

Silicato cálcico hidratado50 – 60 % vol. Sólido pastaEstructura amorfaTamaño 0,0001 mmResponsable resistencia

CH

Hidróxido de calcio20 – 25 % vol. Sólido pastaEstructura cristalinaTamaño 0,01 – 0,1 mmBajo aporte de resistenciaSoluble en aguapH = 12,5

Sulfoaluminatos

EtringitaCristales acicularesTamaño 0,001 – 0,010 mm

Monosulfoaluminato hidratadoPlacas exagonalesTamaño 0.001 mm

15 – 20 % vol. Sólido pastaProblemas de durabilidad en contacto con sulfatos y aluminio

Hidratación de granos de cemento

H

d = 5 a 60 µm

V = 8 µm / año

Granos d > 16 µm

Tarda más de 1 año

Distribución del agua

Sistema porosoGrandes

Tamaño mayor a 50.000 ǺAire atrapado, exceso de aguaReducen resistencia

CapilaresMacro

Tamaño > 500 ǺAgua sobrante – red continuaPermeabilidad

MesoTamaño 26 – 500 ǺC-S-H – agua sobranteEfectos capilares

MicroTamaño < 26 ǺC-S-HRetracción por secado