El calor producido por el concreto (hormigón) durante el curado se denomina «calor de hidratación». Esta reacción exotérmica ocurre cuando el agua y cemente reaccionan entre sí. La cantidad de calor producido durante esta reacción está relacionada principalmente por la composición y finura del cemento.
Para dar respuesta a la pregunta principal de este post, es necesario conocer las fases de evolución del calor en el concreto (hormigón), por ello hablaremos del comportamiento típico del Cemento tipo I:
Fases en la fragua del concreto
Fase I: Pre inducción
Poco tiempo después de que el agua entre en contacto con el cemento, se produce un fuerte aumento de temperatura que ocurre en un par de minutos, mejor conocido como la «fragua».
Fase II: Periodo latente
También conocida como fase de «Inducción». Durante este periodo, la tasa de hidratación se reduce significativamente.
Tradicionalmente, se cree que esto se debe a la precipitación de los compuestos del propio cemento. Este es el periodo en que se transporta y coloca el concreto (hormigón) en fresco, ya que aún no se ha endurecido y todavía se puede trabajar (estado plástico y fluido).
Fase IV y V: Ganancia de «fuerza» (Resistencia)
En estas 2 fases el concreto (hormigón) comienza a endurecerse y a ganar resistencia. El calor generado durante esta fase puede durar varias horas y es causado por la reacción de los silicatos de calcio. Esta reacción del silicato de calcio crea el silicato de calcio hidratado de «segunda etapa», que es el principal producto de reacción que proporciona resistencia a la pasta de cemento.
Fase V: Estado firme
La temperatura se estabiliza con la temperatura ambiente. El procedo de hidratación se ralentizará significativamente pero no se detiene por completo. La hidratación puede continuar incluso durante meses, años o inclusos décadas siempre que haya suficiente agua y silicatos libres para hidratar, pero la ganancia de fuerza será mínima durante este periodo de tiempo. Por ello se dice que en 28 días ganan el mayor porcentaje de su resistencia.
Sabiendo todo esto, responderemos la siguiente pregunta:
¿Por qué monitorear la temperatura del concreto?
En la Fase II, la temperatura del concreto se puede medir mientras se vierte el hormigón. La medición de temperatura generalmente se realiza para asegurarse de que el concreto cumpla con ciertas especificaciones que definen un cierto rango de temperatura permisible.
Las especificaciones típicas requieren que la temperatura del hormigón durante la colocación esté dentro de un rango de 10 ° C a 32 ° C. Sin embargo, se proporcionan diferentes límites especificados según el tamaño del elemento y las condiciones ambientales (ACI 301, 207).
La temperatura que exhibe el concreto durante la colocación afecta la temperatura del concreto durante la siguiente fase de hidratación. El seguimiento de la temperatura del concreto durante las fases III y IV es un componente de control de calidad que se realiza con regularidad.
La razón principal detrás de esta medición es garantizar que el hormigón no alcance temperaturas demasiado altas o demasiado bajas para permitir el desarrollo adecuado de la resistencia y la durabilidad del hormigón.
Otra razón para monitorear la temperatura del concreto durante esta fase es evaluar la resistencia en el lugar, donde la tasa de hidratación es el principal detrás del método de madurez (ASTM C 1074).
¿Qué sucede con el concreto en temperaturas muy altas o muy bajas?
En temperaturas altas
Generalmente, se especifica un límite de 70 ° C para la temperatura del hormigón durante la hidratación.
Si la temperatura del hormigón durante la hidratación es demasiado alta, hará que el concreto tenga una alta resistencia inicial pero, en consecuencia, gane menos resistencia en la etapa posterior y presente una menor durabilidad.
Además, se ha observado que dichas temperaturas interfieren con la formación de sulfoaluminato de calcio en la etapa inicial y posteriormente se promueve su formación en las etapas posteriores; lo que provoca una reacción expansiva y posterior agrietamiento.
Además, los problemas de alta temperatura son motivo de preocupación, especialmente en vertidos de hormigón en grandes volúmenes, donde la temperatura central puede ser muy alta debido al efecto de masa, mientras que la temperatura de la superficie es más baja. Esto provoca un gradiente de temperatura entre la superficie y el núcleo.
En temperaturas bajas
Si la temperatura ambiente es demasiado baja, la hidratación del cemento se ralentizará significativamente o se detendrá por completo hasta que la temperatura vuelva a aumentar.
En otras palabras, habrá una reducción significativa o el final del desarrollo de la fuerza. Si la temperatura del hormigón alcanza el punto de congelación antes de alcanzar una cierta resistencia (3,5 MPa) (ACI 306), el hormigón tendrá una resistencia general reducida.
Esto también provocará grietas ya que el hormigón no tiene la resistencia suficiente para resistir la expansión del agua debido a la formación de hielo. Para asegurar el desarrollo adecuado de la resistencia y evitar el agrietamiento del concreto, las pautas generales sugieren que la temperatura del concreto debe mantenerse por encima de cierta temperatura durante un período de tiempo específico (> 5 ° C durante 48 horas) (ACI 306).
Consideraciones para el control de la temperatura durante el diseño de mezcla
- La selección del tipo de cemento adecuado cambia el calor de hidratación generado. Comparado con el cemento Tipo I, el Tipo III genera más calor mientras que el Tipo II genera calor moderado y el Tipo IV genera menos que los demás.
- Ajuste de la finura del cemento. Un cemento más fino generará más calor.
- Reemplazar una porción del cemento con, por ejemplo, escoria o cenizas volantes, reduce la cantidad de material reactivo en las primeras etapas reduce la cantidad de calor generado y retrasa la ganancia de resistencia del hormigón.
- Adición de otros tipos de aditivos como retardadores y aceleradores. Sin embargo, estas mezclas normalmente no afectarán la generación de calor; más bien se utilizarán para controlar la duración del período de inactividad.
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