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Alejandro Salazar Jaramillo CORPORACIÓN CONSTRUIR

DIRECTOR I&D

ESTUDIO DE LA DURABILIDAD DE CONCRETOS ADICIONADOS CON ESCORIA SIDERÚRGICA, CON DIFERENTES FORMAS DE CURADO

1. RESUMEN

La Corporación Construir entrega este informe con los resultados del estudio contratado para evaluar el impacto que tiene el proceso de curado sobre la durabilidad de los concreto adicionados con diferentes proporciones de escoria siderúrgica.

La dirección y realización del estudio estuvo a cargo del ingeniero Alejandro Salazar Jaramillo con la colaboración de los ingenieros Diego Aponte y Nilson Trochez. Todo el trabajo se realizó en los laboratorios de la Corporación Construir.

Los resultados muestran que el concreto adicionado sí está bien curado, entre 3 y 7 días, y para las condiciones climáticas de la ciudad de Cali en los meses de noviembre y diciembre, consiguen el mejor comportamiento tanto en desarrollo de resistencia como en durabilidad, al incorporar un 40% de adición de escoria siderúrgica. También se encontró, que acortas edades de curado no es aconsejable trabajar con adición del 20% de escoria siderúrgica.

2. INTRODUCCIÓN

El curado es parte esencial para el desarrollo de las propiedades mecánicas y de durabilidad de los concretos. Los efectos de este proceso se hacen más relevantes, en particular en el aspecto de durabilidad, cuando se incorporan materiales cementantes tales como la escoria siderúrgica de alto horno y las cenizas volantes. Este estudio comprueba el efecto de tres distintas formas de curado sobre concretos adicionados con escoria siderúrgica en proporciones en peso respecto del cemento y en los siguientes valores: 0, 20%, 40% y 60%. Las formas de curado planteadas obedecen a una simulación de las aplicadas convencionalmente en el medio de la construcción comparándolas con la forma ideal recomendada para trabajos de laboratorio.

Para evaluar la durabilidad de los concretos preparados con y sin escoria siderúrgica, se hicieron los siguientes ensayos: medida de la porosidad, medida de la velocidad de carbonatación, evaluación del comportamiento al ataque de sulfatos y resistencia a la penetración de iones cloruros. En este aspecto se tomó como referencia el “Manual de Inspección, Evaluación y Diagnostico de la Corrosión en Estructuras de Hormigón Armado” de la Red Durar - CYTED. Igualmente, se evaluó la evolución de la resistencia del concreto hasta 90 días, para las diferentes formas de curado y los distintos porcentajes de adición aplicando el método del simple reemplazo.


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3. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Evaluar el comportamiento de cilindros de concretos preparados por la empresa, adicionados con escoria siderúrgica en proporciones de 0, 10, 20 y 40%, los cuales han sido curados de la siguiente manera: bajo agua saturada con cal a 7 y 28 días, frente a ataques de carbonatación, sulfatos y cloruros.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Medición simple de la porosidad de los especímenes, por diferencia de peso de una muestra de concreto extraída de la cámara de curado la cual se estabiliza al ambiente, a la humedad de equilibrio (peso constante) Duración 2 semanas.

• Medición de la velocidad de carbonatación (ensayo acelerado) que permite realizar una comparación entre el comportamiento del concreto sin adición y los adicionados en función del tipo de curado que se haya efectuado sobre los especímenes. La duración estimada de la prueba es de 13 semanas.

• Evaluación del Ataque por sulfatos. Ensayo de Trull (1998) que consiste en determinar el cambio de longitud de probetas de mortero sumergidas en una solución de sulfato (50 g de Na2SO4 por litro), según la norma ASTM C 1012. Duración 15 semanas.

• Utilización del equipo Prophet diseñado para realizar pruebas rápidas y automáticas de permeabilidad a cloruros, en concretos, de acuerdo con la norma ASTM C 1202 (AASSHTO T 277-831). Se dispone de 3 celdas de medición, teniendo el equipo capacidad de recibir hasta 8 celdas simultáneamente. Previa preparación de las muestras, el equipo realiza una lectura construyendo una curva de difusión en 6 horas. Duración 5 semanas.

4. MEZCLAS DE CONCRETO

Las mezclas de concreto fueron elaboradas por el laboratorio de la empresa, siguiendo las especificaciones de sus productos comerciales.

Las mezclas se identificaron de la siguiente manera:

RÓTULO DE IDENTIFICACIÓN

EQUIVALENCIA EN % DE ADICIÓN

E – 0 0 E – 20 20 E – 40 40 E – 60 60


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5. CURADO DE LAS MUESTRAS

Una ves fabricado los distintos concretos y tomadas las probetas de ensayos, estas se dejaron en sus moldes por 24 horas, luego se desmoldaron y fueron sometidas a las siguientes formas de curado:

Condición de curado 1: Las muestras estuvieron bajo agua saturada con cal, hasta la edad de ensayo.

Condición de curado 2: Las muestras estuvieron bajo agua saturada con cal, por siete (7) días. Luego se dejaron a la intemperie bajo sombra hasta la edad de ensayo.

Condición de curado 3: Las muestras se dejaron siempre a la intemperie bajo sombra, hasta la edad de ensayo.

La nomenclatura utilizada para identificar las muestras fue:

CONDICIÓN DE CURADO NOMENCLATURA

1 C28 + 0 i 2 C7 + 0 i 3 C0 + 28 i

6. ENSAYOS REALIZADOS A LAS MUESTRAS

Las muestras de concreto se tomaron, teniendo en cuenta los siguientes parámetros:

• Resistencia a compresión: Se prepararon cilindros de 15 x 30 cm, ensayados utilizando refrendado de neopreno, a las edades de 3, 7, 28, 45 y 90 días. Se siguió la norma ASTM C-39 “Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens”. Lugar del ensayo: laboratorio de la empresa.

• Profundidad de Carbonatación (Ensayo Acelerado): Se tomaron cilindros de 15 x 30 cm, sellados con pintura epóxica en sus dos extremos. Este ensayo se realizó según los planteamientos de Piguet. Lugar del ensayo: laboratorio de la Corporación Construir. (i), (ii)

• Porosidad y Absorción: Se utilizaron cilindros de 15 x 30 cm, ensayados a la edad de 30 días. El ensayo se basó en la norma ASTM C-642 “Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete”. Lugar del ensayo: laboratorio de la Corporación Construir. iii


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• Penetrabilidad de Cloruros: Se tomaron cilindros de 10 x 20 cm, los cuales se cortaron en tres partes, cada una de 5 cm. El ensayo se realizó según la norma ASTM C-1202 “Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration”. Lugar del ensayo: laboratorio de la Corporación Construir.

• Resistencia a Sulfatos: Se utilizaron prismas de 7.6 x 7.6 x 28 cm, con pines de acero inoxidable en sus extremos. Se siguió la norma ASTM C-1012 “Standard Test Method for Length Change of Hydraulic-Cement Mortars Exposed to a Sulfate Solution”. Lugar del ensayo: laboratorio de la Corporación Construir.

7. RESULTADOS Y ANÁLISIS

7.1 RESISTENCIA A COMPRESIÓN EN FUNCIÓN DEL TIPO DE CURADO.

A continuación se presentan los gráficos de evolución de la resistencia en función del tipo de curado aplicado y de la cantidad de adición incorporada. Ver gráficas 1, 2, 3 y 4.

La gráfica 1 muestra el efecto que tiene sobre la resistencia no realizar curado alguno. Ninguno de los cuatro concretos elaborados y ensayados, alcanzó la resistencia de diseño (210 kg/cm2). Los mejores resultados a los 28 días corresponden al concreto sin adición aunque a los 90 días, el concreto adicionado con el 40% de escoria siderúrgica, se comporta mejor que los demás concretos de la prueba.

Gráfica 1: Evolución de la Resistencia a Compresión según cantidad de adición y curado a la intemperie

50,0

75,0

100,0

125,0

150,0

175,0

200,0

0 15 30 45 60 75 90

Edad en días

Resi

sten

cia

a Co

mpr

esió

n (k

g/cm

2 )

40 - c060 - c020 - c00 - c0


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En la gráfica 2 está el resultado de la evolución de la resistencia de los concretos curados hasta siete días bajo agua. Se observa como, las adiciones del 40 y el 60% de escoria siderúrgica, superan ampliamente al concreto sin adición y al que tienen 20% de ella. El incremento de resistencia es del orden del 50% para el concreto sin adición y del 75% para el concreto con el 40% de adición. También se observa, que depues de los 28 días la evolución de resistencia se detuvo dramáticamente.

Gráfica 2: Evolución de la Resistencia a Compresión según cantidad de adición y curado 7 días bajo agua

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

0 15 30 45 60 75 90

Edad en días

Resi

sten

cia

a Co

mpr

esió

n (k

g/cm

2 )

40 - c7+i60 - c7+i20 - c7+i0 - c7+i

Gráfica 3: Evolución de la Resistencia a Compresión según cantidad de adición y curado 28 días bajo agua

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

0 15 30 45 60 75 90

Edad en días

Resi

sten

cia

a Co

mpr

esió

n (k

g/cm

2 )

40 - c28+i60 - c28+i20 - c28+i0 - c28+i


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En la gráfica 3 está la evolución de la resistencia cuando el curado transcurre hasta 28 días bajo agua. Se observa el impacto de esta forma de curado sobre la evolución de la resistencia, teniendo como prioridad de comportamiento el siguiente orden: 40, 60, 0 y 20 % de adición. El incremento de resistencia del concreto que contiene 40% de adición es del 213 % respecto al concreto sin curado. El concreto sin adición creció en el 148 %, bajo las mismas circunstancias anteriores. Tambien se observa, que despues de los 28 días de curado, la evolución de la resistencia se detiene prácticamente

En la gráfica 4 está la evolución de la resistencia con el curado ideal, pues siempre a cualquier edad las probetas permanecieron bajo agua. Se observa que en todos los casos, la resistencia evoluciona positivamente y tiene, en orden decreciente, el siguiente comportamiento respecto a la participación de la adición de escoria siderúrgica: 40, 60, 20, 0 %.

Cuando se realiza un curado óptimo por siete días, se consigue superar la resistencia de diseño a los 21 días con el 20% de adición y con el diseño sin adición. Los otros dos la habían conseguido a los 14 días. Cuando se incorporan adiciones activas al concreto, hay que aplicar un curado exhaustivo al menos por 7 días para conseguir los resultados esperados.

7.2 IMPACTO DE LA CANTIDAD DE ADICIÓN DE ESCORIA SIDERÚRGICA SOBRE LA RESISTENCIA, SEGÚN EDAD Y TIPO DE CURADO.

Gráfica 4: Evolución de la resistencia a Compresión según cantidad de adición y curado sumergido bajo agua

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

0 15 30 45 60 75 90

Edad en días

Resi

sten

cia

a Co

mpr

esió

n (k

g/cm

2 )

40 - c9060 - c9020 - c900 - c90


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La gráfica 5, muestra que hay un valor óptimo de adición (40%) con el cual se consigue la mejor resistencia a cualquier edad. También, se observa que cuando se emplea adición sustituyendo el 20 y el 60%, hay reducción de la resistencia mecánica. Este aspecto es relevante, pues en la práctica por ignorancia y temor, se intenta incorporar cantidades bajas de adición que pueden resultar perniciosas. Los malos resultados de resistencia mecánica obtenidos con bajos contenidos de adición eliminan la posibilidad de uso de las mismas. Este comportamiento esta acorde con las experiencias de usos de adiciones en diferentes lugares y con diferentes tipos de adición. De igual manera, se deduce que con el curado a la intemperie ninguna muestra alcanza la resistencia de diseño, aun a los 90 días.

En las gráficas siguientes, 6,7 y 8, que corresponden a los curados bajo agua durante 7, 28 días y permanentemente, se muestra la importancia de determinar el % óptimo de adición susceptible de generar los mejores comportamientos mecánicos y en particular, los mejores comportamientos respecto a la durabilidad. Es claro que el comportamiento a cortas edades tiende a ser lineal, pero a largo plazo se observa que hay un despegue del desarrollo de resistencia hacia el 40% de adición.

Gráfica 5: Impacto de la Adición sobre la Resistencia a Compresión a diferentes edades. Curado a la Intemperie

50,0

100,0

150,0

200,0

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

% de Adición

Resi

sten

cia

a Co

mpr

esió

n (k

g/cm

2 )

3d7d28d45d90d


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Gráfica 6: Impacto de la Adición sobre la Resistencia a Compresión a diferentes edades. Curado sumergido 7 días

75,0

125,0

175,0

225,0

275,0

325,0

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

% de Adición

Resi

sten

cia

a Co

mpr

esió

n (k

g/cm

2 )

3d7d28d45d90d

Gráfica 7: Impacto de la Adición sobre la Resistencia a Compresión a diferentes edades. Curado sumergido 28 días

75,0

125,0

175,0

225,0

275,0

325,0

375,0

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

% de Adición

Resi

sten

cia

a Co

mpr

esió

n (k

g/cm

2 )

3d7d28d45d90d


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7.3 RESISTENCIA A LA PENETRABILIDAD DE CLORUROS

Los cloruros ingresan en el concreto por dos causas: por agregados, aguas, cementos y aditivos contaminados; o por penetración desde el exterior en presencia de ambientes marinos, contacto directo con agua de mar, zonas industriales, etc.

El anión cloruro puede entrar por un mecanismo de difusión o combinado con el transporte del agua por la succión capilar y evaporación, ubicándose en los poros interiores del concreto. Los iones son enlazados por los componentes del cemento mediante mecanismos químicos y físicos. El ingreso de los iones cloruros crea un perfil de penetración decreciente de la superficie al interior del concreto.

La consecuencia final del ataque por cloruros es la corrosión de la armadura. El riesgo de este fenómeno dependerá de la resistencia del concreto a la penetración del cloruro y de su capacidad de enlace, puesto que los iones libres sólo serán agresivos a las armaduras.

La resistencia a la penetrabilidad de cloruros se determino por medio del ensayo ASTM C-1202. Esté ensayo consiste en medir la cantidad de corriente eléctrica que pasa a través de una muestra de concreto de 10 cm de diámetro y 5 cm de espesor, manteniendo el sistema a un voltaje de 60 V, por un periodo de 6 horas. Los iones cloruro son forzados a pasar de una solución de NaCl, que esta en el polo negativo, a través de la muestra de concreto, a una solución de NaOH que se encuentra en el polo positivo.

Gráfica 8: Impacto de la Adición sobre la Resistencia a Compresión a diferentes edades. Curado sumergido

75,0

125,0

175,0

225,0

275,0

325,0

375,0

425,0

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

% de Adición

Resi

sten

cia

a Co

mpr

esió

n (k

g/cm

2 )

3d7d28d45d90d


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La gráfica 9 muestra la evolución de la resistencia de los concretos a la penetrabilidad de cloruros según el tipo de curado y la cantidad de escoria siderúrgica adicionada.

Los rangos para determinar la penetrabilidad del ion cloruro (alta, moderada y baja) se establecen por la norma ASTM C-1202, teniendo como parámetros los siguientes valores:

Coulombs pasados Penetrabilidad del ion Cl-

> 4000 Alta 2000 – 4000 Moderada 1000 – 2000 Baja 100 – 1000 Muy baja

< 100 Despreciable

Gráfica 9: Tipo de concreto adicionado y calida del curado v.s. la penetrabilidad de iones cloruros

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Concreto 60 Concreto 40 Concreto 20 Concreto 0

Tipo de Concreto

Carg

a (C

)

C28 + 0iC7 + 21iC0 + 28i

Se observa que al incrementar la participación de la adición en el concreto, se reduce la cantidad de carga electrica que pasa en el tiempo. El mejor valor se consiguió para todos los casos de curado, cuando se adicionó un 40% de escoria siderúrgica. También es claro que el proceso de curado tiene gran influencia cuando se trata de reducir la penetrabilidad del ion cloruro.

El concreto sin adición, para todas las situaciones de curado, produjo los valores más altos de carga, esto es la mayor penetrabilidad a los cloruros, llegandose a


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experimentos en donde el ensayo se ejecutó por 4 horas, por al incremento hasta 70 ºC, de la temperatura de las soluciones.

En la tabla Nº 1, se resume el comportamiento de los diferentes concretos con y sin adición de escoria siderúrgica para diferentes tipos de curado, respecto a la penetrabilidad de cloruros.

TABLA Nº 1: CLASIFICACIÓN DE LA PENETRABILIDAD A LOS CLORUROS DE LOS CONCRETOS ADICIONADOS, PARA DIFERENTES TRATAMIENTOS DE CURADO

TIPOS DE CURADO C28 + 0i C7 + 21i C0 + 28i CONCRETO

Penetrabilidad del ion Cl-

E – 0 Alta Alta Alta E - 20 Alta Alta Alta E – 40 Muy Baja Baja Moderada E – 60 Baja Moderada Alta

7.4 COMPORTAMIENTO A LA CARBONATACIÓN

El anhidrido carbónico (CO2) que se encuentra en la atmósfera reacciona, en presencia de humedad, con la portlandita o hidróxido de calcio liberado en la hidratación del cemento. Se requieren concentraciones mínimas de CO2 para que se produzca este ataque de un ácido sobre el concreto. El proceso de carbonatación se desarrolla desde la superficie hacia el interior. La velocidad de este proceso depende de:

• El contenido de CO2 en el aire. • La humedad relativa del medio ambiente. • La cantidad de cemento en el concreto y el tipo de cemento.

Como el concreto es un material de naturaleza porosa, y el CO2 es un gas que permanece en el ambiente, éste puede penetrar a través de los poros del concreto hacia el interior recarbonatando, en presencia del agua, los hidróxidos de sodio, potasio y calcio, de acuerdo con las siguientes reacciones:

( )( )

( ) ( ) OHCOCaCOOHCaOHCONaCONaOH

OHCOKCOKOH

2322

2222

2222

22

+⇒++⇒+

+⇒+

Se crea así un “frente de carbonatación”, que establece una serie de reacciones complejas intermedias. La reacción principal ocurre con el hidróxido de calcio, siendo el carbonato de calcio el producto más relevante al final de este proceso. El problema generado por el CO2 es relativo al incremento del potencial de corrosión del acero de refuerzo en el concreto, pues la portlandita del cemento rodea a éste pasivándolo o


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protegiéndolo de la corrosión. Al carbonatarse la portlandita se pierde la protección del acero. El fenómeno se mide determinando el cambio de pH del concreto.

Para este estudio, la evaluación de la carbonatación se realizó aplicando un método acelerado, puesto que la carbonatación natural es un proceso que demora años. Para acelerar el proceso se utilizó una cámara con humedad relativa constante, 80%, en una atmósfera saturada de CO2 y con una temperatura de 24 ± 2 ºC.

Ecuaciones básicas para la interpretación (iv), v

tkx = (1)

aDck 12= (2)

donde: x = profundidad de carbonatación t = tiempo de exposición D = Coeficiente de difusión del concreto c1 = Concentración de CO2 en la atmósfera a = Velocidad de reacción del CO2

Sí se compara el tiempo requerido para conseguir que el frente de carbonatación avance a igual profundidad, en un ensayo acelerado (a) y en un ensayo a una atmósfera definida como la urbana (u), se puede establecer la siguiente relación, entre (1) y (2):

tuuu kx =

taaa kx =

pero como: xu = xa entonces:

=tuuk taak

tctca

au

u

aD

aD

*2

*2

=

tctc aauu =

Sí: cu = Concentración de CO2 en ambiente urbano: 0.3 % vol, ca = Concentración de CO2 en el experimento: 100 % vol,

ta = tiempo de exposición en el experimento acelerado, tu = tiempo de exposición en el ambiente urbano


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entonces, es posible calcular el avance del frente de carbonatación en las condiciones de la ciudad o urbanas.

Cuidados al interpretar este experimento: Hay que tener cuidado al interpretar estos resultados obtenidos aceleradamente, no solamente por que in situ la carbonatación esta mayoritariamente influenciada por las condiciones reales de exposición, especialmente con respecto al mojado por lluvia y secado por el sol y el viento, sino también, por que una alta concentración de CO2 distorsiona los fenómenos de reacción involucrados.

Las gráficas 10a, 10b y 10c, muestran la evolución de la carbonatación acelerada según el % de adición y el tipo de curado. Algunas observaciones a este expermento son:

• Sí antes de la prueba, el concreto es curado bajo agua durante 28 días, el frente de carbonatación avanza similarmente hasta la 5° semana, exceptuando la mezcla con 20% de adición. A partir de este momento, hay un cambio significativo en la pendiente de la curva para los concreto de 0% y 20% de adición de escoria siderúrgica, siendo mayor el primero. En orden decreciente en cuanto al avance del frente de carbonatación, siguen el concreto adicionado en el 40% y por ultimo, el adicionado con el 60%.

• Sí antes de la prueba el concreto se cura 7 días bajo agua y 21 días a la intemperie, el avance del frente de carbonatación se mantiene en el mismo orden de los concretos curados bajo agua por 28 días. Sin embargo, en este caso la profundidad de carbonatación se aumenta casi al doble en todos los casos.

• Cuando el concreto adicionado no se cura y permanece a la intemperie todo el tiempo, el avance del frente de carbonatación alcanza la totalidad del radio de las muestras (50 mm) en las 13 semanas que duró el experimento. Sin embargo, el concreto sin adición tiene un menor grado de carbonatación en estas condiciones. Una visón complementaria se aprecia en las gráficas: 11a, 11b, 11c y 11d.


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Gráfica 10 a: Profundidad de Carbonatación V.S. Tiempo de Exposición. Curado 28 días bajo agua

0,03,06,09,0

12,015,018,021,024,027,0

0 2 4 6 8 10 12 14

Tiempo (Semanas)

Prof

undi

dad

(mm

)

60%40%20%0%

Gráfica 10 b: Profundidad de Carbonatación V.S. Tiempo de Exposición. Curado 7 días bajo agua

0,03,06,09,0

12,015,018,021,024,027,0

0 2 4 6 8 10 12 14

Tiempo (Semanas)

Prof

undi

dad

(mm

)

60%40%20%0%

Gráfica 10 c: Profundidad de Carbonatación V.S. Tiempo de Exposición. Curado intemperie

0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,0

100,0

0 2 4 6 8 10 12 14

Tiempo (Semanas)

Prof

undi

dad

(mm

)

60%40%20%0%


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Figura 11a: Profundidad de Carbonatación. 0% Adición

0102030405060708090

100

0 2 4 6 8 10 12 14Tiempo (Semanas)

Pro

f. C

arb.

(mm

)

4-C28+ 0 i

4-C7+21i

4-C0+28i

Figura 11b: Profundidad de Carbonatación. 20% Adición

0102030405060708090

100

0 2 4 6 8 10 12 14

Tiempo (Semanas)

Prof

. Car

b. (m

m)

3-C28+0i

3-C7+21i

3-C0+28i

Figura 11c: Profundidad de Carbonatación. 40% Adición

010

2030

405060

708090

100

0 2 4 6 8 10 12 14Tie mpo (Semanas)

Prof

. Car

b. (m

m)

2-C28+0i

2-C7+21i

2-C0+28i

Figura 11d: Profundidad de Carbonatación. 60% Adición

0

10203040

5060

708090

100

0 2 4 6 8 10 12 14Tiempo (semanas)

Prof

. Car

b. (m

m)

1- C28 + 0i

1 - C7 + 21i

1 - C0 + 28i


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7.5 RESISTENCIA AL ATAQUE POR SULFATOS

El ion sulfato (SO4-2) puede estar presente en las aguas residuales industriales en

forma de disolución diluida de ácido sulfúrico, en las aguas del subsuelo, pero pocas veces aparece el ion sulfato libre, siendo mucho más frecuentes sus sales.

Los sulfatos perjudiciales para el concreto se encuentran preferiblemente en los terrenos arcillosos o en sus capas freáticas. De estas sales, las más peligrosas son: los sulfatos amónicos, cálcico, magnésicos y sódicos; los sulfatos potásico, cúprico y alumínico son menos peligrosos, mientras que los sulfatos báricos, y el de plomo son insolubles y por lo tanto, inofensivos para el concreto.

Una de las causas de la nocividad de los sulfatos es el yeso que se forma al reaccionar el anión sulfato del agua con el Ca(OH)2 liberado por el cemento, el cual se deposita en los poros del concreto en donde se cristaliza con absorción de dos moléculas de agua. Este proceso de reacción química y cristalización, que es acompañado de un incremento de volumen, ejerce una acción expansiva en los poros del concreto (especialmente en las capas superficiales) y termina por lograr su desmoronamiento. Se ha indicado que este aumento de volumen es del 17.7%. si existen además iones Mg++, la formación de nuevos compuestos es del 19.6%.

En este estudio las muestras de cada mezcla fueron sumergidas en una solución de sulfato de sodio al 5%, por un periodo de 15 semanas. El volumen de la solución fue de 4 veces el volumen de las muestras (prismas de 7.6 cm x 7.6 cm x 28 cm), colocadas en un recipiente plástico a una temperatura de 23 ºC. Las muestras fueron sometidas al ensayo al cumplir 30 días de curado. A intervalos de una (1) semana, las muestras fueron medidas con un calibrador cuya precisión es de 0.001 mm, limpiando solamente sus topes metálicos, para evitar contracciones por secado.

La norma ASTM C-1012, especifica la expansión máxima posible de los concretos en el 0.1% de la longitud inicial, hasta la 15ava semana de ensayo.

Las gráficas 12a, 12b y 12c, muestran la evolución de la expansión por ataque de sulfatos según el % de adición y el tipo de curado.


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Gráfica 12 a: Expansión por ataque de sulfatos.Curado 28 días bajo agua

0,00%

0,01%

0,02%

0,03%

0,04%

0,05%

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Edad (Semanas)

Expa

nsió

n Li

neal

(%)

0% Adic.20% Adic.40% Adic . 60% Adic .

Gráfica 12 b: Expansión por ataque de sulfatos.Curado 7 días bajo agua

0,00%

0,01%

0,02%

0,03%

0,04%

0,05%

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Edad (Semanas)

Expa

nsió

n Li

neal

(%)

0% Adic.20% Adic.40% Adic. 60% Adic.

Gráfica 12 c: Expansión por ataque de sulfatos.Curado intemperie

0,00%

0,01%

0,02%

0,03%

0,04%

0,05%

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Edad (Semanas)

Expa

nsió

n Li

neal

(%)

0% Adic.20% Adic.40% Adic . 60% Adic .


DIRECTOR I&D

• Análisis del comportamiento del concreto con el 0% de adición

En la quinta (5) semana, todas las probetas y para todos los curados, comienzan a presentar desprendimiento de material fino cuando se frotan en los bordes. En las semanas siguientes hubo un continuo deterioro de la superficie del concreto, indiferente de los curados realizados. A la semana once (11), el simple roce desprende material fino y a la semana 13 aparecen las primeras fisuras alrededor de las probetas. En la semana quince (15), hubo desprendimiento de material en las puntas por acumulación de fisuras.


No se presentó ningún fenómeno de deterioro visual en la superficie de los concretos hasta la semana once (11). En esta semana todas las probetas se despuntan con facilidad al tocarlas. También, en la misma semana (11), las probetas presentan fisuras en los bordes formando un contorno. Este fenómeno se observó hasta la semana quince (15).


No se observa deterioro hasta la semana once (11). A partir de esta semana los concretos, para todas las formas de curado, presentan despunte con facilidad al tocarlos. Para la semana trece (13) y para todas las probetas, aparecen fisuras en los bordes formando un contorno. Esta situación se observó hasta la semana quince (15).


Las probetas sin curado tienen desprendimiento de material fino, al frotarlas en los bordes, a la quinta (5) semana. En la semana once (11) todas las probetas presentan despunte con facilidad. En la semana trece (13) aparecen fisuras en los bordes de todas las probetas, continuando este fenómeno hasta la semana quince (15).

7.6 POROSIDAD Y ABSORCIÓN DE LAS MUESTRAS

El movimiento del agua y por consiguiente la penetración de sustancias agresivas al interior del concreto, no solo es función de la porosidad total del material, sino que depende también del diámetro de los poros, su distribución y continuidad. La porosidad total representa el contenido total de poros existentes, los cuales no necesariamente deben estar interconectados entre sí y por lo tanto no siempre permiten el paso de un fluido. La porosidad abierta considera los poros comunicados entre sí y es la que permite el paso de un fluido hacia el interior del concreto se reconoce como porosidad permeable, mientras que los poros de carácter superficial y cerrados al interior se conocen como poros impermeables.

Hay rangos de absorción y de porosidad para el concreto, dentro de los cuales se puede clasificar como de buena, regular y mala calidad. Para establecer el potencial de durabilidad de los concretos de este estudio, utilizando la medida de la absorción


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y la porosidad del concreto, se tomo como referencia el “Manual de inspección y deterioro del hormigón”, elaborado por el CYTED.

El rango de valores para determinar la calidad de un concreto por absorción es:.

ABSORCIÓN (%) TIPO DE CONCRETO

< 3 Buena calidad y compasidad 3 – 5 Moderada calidad > 5 Durabilidad inadecuada

El rango de valores para determinar la calidad de un concreto por porosidad es:

POROSIDAD (%) TIPO DE CONCRETO

< 10 Buena calidad y compasidad 10 – 15 Moderada calidad

> 15 Durabilidad inadecuada

En las gráficas 13, 14 y 15, se muestra como se comportaron los concretos en prueba, frente a la absorción (por inmersión en agua a temperatura ambiente y en agua hirviendo) y a la porosidad, según el % de adición y el tipo de curado.

Gráfica 13: Absorción después de Inmersión (%)

0,0%

1,0%2,0%

3,0%4,0%

5,0%6,0%

7,0%8,0%

9,0%

60% 40% 20% 0%

% Adición

% Ab

sorc

ión C 28 + 0 i

C 28 + 17 iC 7 + 21iC 0 + 28 i


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Cuando el curado es deficiente o no se aplica, la absorción y la porosidad del concreto supera, en todos los casos, los valores máximos admitidos para garantizar una buena durabilidad.

Cuando el proceso de curado es de siete días, se mejora el comportamiento. El concreto adicionado con el 40% y el 60% cumplen en cuanto a porosidad, todos los demás quedan en rangos de moderada calidad y durabilidad inadecuada.

El curado a 28 días bajo agua, permite que prácticamente todos los concretos en prueba, cumplan la especificación para una buena durabilidad.

Gráfica 15: Volumen de Poros

0,0%

5,0%

10,0%

15,0%

20,0%

60% 40% 20% 0%

Tipo de Concreto

% P

oros

idad C 28 + 0 i

C 28 + 17 iC 7 + 21 iC 0 + 28 i

Gráfica 14: Absorción después de inmersión y hervido (%)

0,0%

1,0%2,0%3,0%4,0%5,0%

6,0%7,0%

8,0%9,0%

60% 40% 20% 0%

Tipo de Concreto

% A

bsor

ción C 28 + 0 i

C 28 + 17 iC 7 + 21 iC 0 + 28 i


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8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

a) El estudio concluye que cuando se emplea escoria siderúrgica de Paz del Río como adición para preparar concretos, la durabilidad de estas mezclas se mejora para todos los casos estudiados, en los siguientes aspecto: absorción y porosidad, carbonatación, penetrabilidad de cloruros, expansión a los sulfatos. Esta mejoría es mayor cuando se trabaja un 40% de adición.

b) Durante el estudio se confirma la gran importancia que tiene el curado de los concretos y en particular, cuando han sido adicionados. Un curado deficiente (menos de 3 días), ocasiona una mayor pérdida de propiedades en el concreto adicionado que en el concreto sin adición. Es necesario insistirle a los clientes y a los vendedores, sobre el control del curado apropiado durante los primeros 7 días.

c) Hay una cantidad óptima de adición con la cual se consiguen las mejores propiedades, tanto mecánicas como de durabilidad. Este óptimo corresponde al 40% de adición en peso de la escoria siderúrgica, respecto de la cantidad de cemento utilizada en un concreto sin adición.

d) Es posible calcular el tiempo requerido para que la carbonatación llegue a una profundidad de 25 mm en un ambiente urbano como el de la ciudad de Cali. Este valor corresponde al del recubrimiento medio del acero de refuerzo en la región. En las gráficas 16, 17 y 18 se observa el progreso estimado de la carbonatación en el tiempo para cada tipo de concreto adicionado y para cada proceso de curado aplicado.

e) Un curado apropiado de 7 días garantiza que la carbonatación tardará casi 100 años para alcanzar los 25 mm, con cualquier cantidad de adición empleada.

f) Al aplicar un curado apropiado y ttrabajando con la dósis óptima de adición, es posible rediseñar la formulación del concreto, garantizando todas las propiedades físicas, mecánicas y de durabilidad buscadas, y a un menor costo.


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Gráfica 16: Progreso de la Carbonatación en el tiempo (estimada)

Condición de curado C28+0i

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

0,1 1,0 10,0 100,0

Años (urbanos)

Prof

undi

dad

de

Car

bona

taci

ón (m

m)

60%40%20%0%



0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

0,1 1,0 10,0 100,0

Años (urbanos)

Prof

undi

dad

de

Car

bona

taci

ón (m

m)

60%40%20%0%


DIRECTOR I&D



0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,0

100,0

0,1 1,0 10,0 100,0

Años (urbanos)

Prof

undi

dad

de

Car

bona

taci

ón (m

m)

60%40%20%0%


DIRECTOR I&D

9. ANEXOS

9.1 MONTAJE PARA REALIZAR EL ENSAYO DE PENETRABILIDAD DE CLORUROS.


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9.2 MONTAJE PARA REALIZAR EL ENSAYO DE CARBONATACIÓN ACELERADA.

9.3 MONTAJE PARA REALIZAR EL ENSAYO DE ATAQUE POR SULFATOS.

Globo de

goma

H2O

Pipa de

CO2Detector

de Flujo de CO2

Cilindros de Concreto

Solución saturada de sulfato de amonio

Camara de Carbonatación


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9.4 SEGUIMIENTO FOTOGRÁFICO DE LAS MUESTRAS SOMETIDAS AL ENSAYO DE CARBONATACIÓN ACELERADA. CARBONATACIÓN E-00.pdf

CARBONATACIÓN E-20.pdf



http://mail.uniweb.net.co/cgi-bin/mail/informe_deconstruiraconcretosdeoccidente2.doc?cmd=item&item=283&[email protected]_2b2828055b7c244000&part=6&fld=0&/CARBONATACI�N E-00.pdf




Estudio de la durabilidad de mezclas adicionadas. – Corporación Construir

Confidencial Página 27 26/04/2004

BIBLIOGRAFÍA

i Andrade, M., C., “Corrosión y protección de la armadura del hormigón armado”, X Curso de estudios Mayores de la Construcción, Cemco 85. Edificación, su patología y control de calidad. IETCC. Madrid, 1985.

ii Baron, J., Bollotte, B., Clergue, C., “Fly ash replacement of cement; Threshold values of cement content in relation to concrete durability”, P. K. Mehta Symposium on Durability of concrete, Paris, 1995.

iii Red Durar, “Manual de inspección, evaluación y diagnostico de corrosión en estructuras de hormigón armado”, CYTED, Venezuela, 1997.

iv Richardson, M., G., “Carbonation of reinforced concrete: Its Causes and Management”, CITIS LTD, 1988.

v Neville, A., M., “Properties of concrete”, Fourth and Final Edition, John Wiley & Sons, Inc., 1997

estudio de la durabilidad de concretos … · carbonatación, evaluación del comportamiento al...

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