Dale P. Bentz dale.bentznist.gov National Institute of Standards and Technology Marzo 2010

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Agrietamiento del Concreto an Edad Temprana: Causas, Medidas, y Mitigaci

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Agrietamiento del Concreto an Edad Temprana: Causas, Medidas, y Mitigación Dale P. Bentz (dale.bentz@nist.gov) National Institute of Standards and Technology Marzo 2010

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Desempeño del Concreto an Edad Temprana Desempeño an edad temprana es key para la durabilidad Agrietamiento an edad temprana Aspectos térmicas Aspectos de la deformación autógena Tecnologías para la medición Influencia de la finura del Cemento grueso – 311 m 2/kg Cemento fino – alrededor de 380 m 2/kg Las estrategias de mitigación

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Objetivos para el concreto Los elementos estructurales y básicos que soportar sus cargas físicas y ambientales en toda su vida útil previsto Requisitos de la resistencia ( basados en el diseño estructural ) Durabilidad Difusión, permeabilidad, sorción Deterioro por congelamiento/descongelamiento, la corrosión, ataque de sulfatos , reacción álcali-sílice Queremos que HPC signifique "Superior Concrete" (Concreto de Alto Desempeño) y no "High Probability for Cracking" (Alta Probabilidad de Agrietamiento)

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Ejemplo de la Importancia del Agrietamiento an Edad Temprana Resultados de U.S. - 2003 FHWA Nationwide HPC las Encuestas de las preocupaciones más comunes sobre el concreto 1) Agrietamiento de tableros ( 56.6 % de las repuestas estaban un 4 o 5=muchas veces) 2) Corrosión (42.3 % - asociada al agrietamiento) 3) Agrietamiento de las vigas, and so on (31.4 %) Los otros ataques (sulfatos, ASR, congelación, sobrecarga, mala calidad de la construcción representan menos del 25 %) Un informe de 2005 (NRC/Canadá) dice que "mas de 100,000 puentes en los Estados Unidos presentan desarrollado grietas transversales en su cubierta poco tiempo después de su construcción"

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La Importancia de la Edad Temprana Para un concreto, todas las propiedades de desempeño a largo plazo dependen de sus proporciones. Si el concreto no es diseñado, fabricado, transportado, colocado, acabado y curado adecuadamente, probablemente no funcionará como es debido. An esta edad temprana que el concreto exhibe una transición eminent de una suspensión viscosa an una carga de sólidos rígidos.

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Agrietamiento durante Transición Generación de calor Agrietamiento Térmico El calor liberado durante la hidratación causa un aumento de la temperatura (50 o C o mas) y una expansión del concreto -En un concreto en California se detectó que el agua del concreto hirvió. La contracción se producirá durante el enfriamiento back Si el calentamiento/enfriamiento es demasiado rápido y el concreto está restringido (externo o interno), pueden producirse grietas Enfriamiento

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Agrietamiento durante Transición Deformación autógena El volumen ocupado por los productos de la hidratación del cemento es mucho menor (10 % o mas) que el de los materiales de partida Después del fraguado del concreto (en un sistema cerrado), esta contracción química se traduce directamente en una deformación autógena medible Otra vez, si el concreto es restringido (externo o interno), pueden producirse grietas Comparable a la contracción por secado, pero el secado es interno Deformación autógena

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Que pasa en los concretos de alto desempeño (HPCs)? Agrietamiento Térmico Los HPCs por lo general contienen más cemento y tal vez humo de sílice , ambos aceleran y aumentan la liberación de calor y pueden propiciar el agrietamiento térmico Agrietamiento por Deformación Autógena Una leader auto-desecación que aumenta en gran medida la deformación autógena (y grietas)

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Tecnologías para la medición Generación de calor y las tasas de reacción Calorimetría isotérmica Differential Scanning Calorimetry (DSC), TAMAir, Isocal, and so forth. ASTM C1679-07 Standard Practice for Measuring Hydration Kinetics of Hydraulic Cementitious Mixtures Using Isothermal Calorimetry ASTM C1702-09 Standard Test Method for Measurement of Heat of Hydration of Hydraulic Cementitious Materials utilizing Isothermal Conduction Calorimetry Calorimetría semi-adiabática Adiacal, taza de bistro , Q-drum, and so on. Si tienes un termopar, puedes construir su propio!!! Está estandarizado en ASTM C09.48/C01.48 Contracción química ASTM C1608-07 Standard Test Method for Chemical Shrinkage of Hydraulic Cement Paste

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Tecnologías para la medición Calorimetría isotérmica evalúa la producción de calor en condiciones de temperatura constante Los resultados pueden expresarse como el flujo de calor o integrarse para determinar la liberación add up to de calor en función del tiempo Limitada a pastas de cemento o morteros - Isocal para concreto Los experimentos en tres temperaturas diferentes (10, 25, y 40 °C) pueden ser utilizados para estimar la energía de activación (necesario para la aplicación del método de la madurez) w/c=0.35 pastas de cemento

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Tecnologías para la medición Calorimetría semi-adiabática evalúa el aumento de la temperatura con relación al control (o por lo menos medida) de la pérdida de calor Los resultados se expresan como la temperatura en función del tiempo Puede ser utilizado en pastas, morteros, o concretos Puede ser utilizado tanto en obra y en el laboratorio para el proporcionamiento de la mezcla y el control de calidad w/c=0.35 pastas de cemento

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Algunas Limitaciones para la Calorimetría isotérmica de NIST Calorimetría está siendo defendida por algunos como un medio de evaluar el tiempo de fraguado de los materiales cementantes Pero calorimetría evalúa el grado de hidratación del que el material, mientras fraguado es un fenómeno físico … por ejemplo, consideremos w/c Tiempo de fraguado

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Tecnologías para la medición Contracción química evalúa el consumo de agua externa en una pasta de cemento durante su hidratación. Los productos de hidratación ocupan menos volumen que los ingredientes Estandarizado en 2005 como ASTM C1608 por ASTM C01.31 Burrows ha defendido que la contracción química a 12 h es menos que o igual a 0.0105 mL/g cemento para un cemento resistente a grietas (Burrows, et al., Three Simple Tests for Selecting Low-Crack Cement, Cement and Concrete Composites, 26 (5), 509-519, 2004.)

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Un Ejemplo de Contracción Química (CS) La hidratación del silicato tricálcico C 3 S + 5.3 H  C 1.7 SH 4 + 1.3 CH Volúmenes molares 71.1 + 95.8  107.8 + 43 CS = (150.8 – 166.9)/166.9 = - 0.096 mL/mL o -0.0704 mL/g cemento Para cada lb (g) de silicato tricálcio que reacciona completamente, tenemos que proporcionar 0.07 lb (g) de agua de curado additional para mantener condiciones de saturación (En 1935, Powers mide un valor de 0.053 por 28 d de hidratación – 75 %)

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Tecnologías para la medición Deformaciones y grietas an edad temprana Tubos de plástico ondulado (con dilatómetros digitales) para deformación autógena del mortero y pastas de cemento Cilindros o prismas de concreto en sus moldes para la deformación autógena de concreto Marcas de agrietamiento ("splitting casings") Pruebas del anillo de la contracción moderada y edad temprana de agrietamiento Medición de las emisiones acústicas

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Tecnologías para la medición Dilatómetros digitales ( Desarrollado y construido por Prof. O.M. Jensen – Technical University of Denmark) Las muestras selladas en tubos corrugados de polímeros se almacenan a temperatura constante Aprobado como ASTM C 1698 en 2009 AutoShrink equipo ya está disponible por Germann Instruments

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Tecnologías para la medición en concreto Para la deformación autógena de concreto, se pueden usar tubos corrugados más grande, prismas cerrados (diapositiva siguiente), o … El uso de moldes cilíndricos de plástico para concreto con un ancho de línea straightforward - (como experimentos de fluencia convencional) Viabilidad demostrada por Craeye and De Schutter en Bélgica and Brooks et al. de U.K. ( Referencias disponibles a pedido ) NRMCA, Dec. 2007 Control de la temperatura es crítica

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Tecnologías para la medición en concreto Medición lineal de la contracción autógena ( Japón 1999) Una configuración comparable a la utilizada por el Consejo de Investigación de Transporte de Virginia y por uno o más productores de concreto en EE.UU. (muestra envuelta en una película de plástico) Posibilidades de confusión: la variación de la temperatura

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Tecnologías para la medición en concreto "Schleibinger Shrinkage Drain" 1 m largo del trench 60 mm por 38 mm (mortero) 60 mm por 100 mm (concreto) Hojas de neopreno utilizados para evitar la fricción de la pared Canal de paredes dobles con calefacción y la refrigeración también está disponible Precisión de unos 2 μ m Necesidad de sellar la muestra Utilizado por el grupo de Hansen et al. en la Universidad de Michigan Variantes lineales

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Tecnologías para la medición en concreto Modificación para reducir la fricción Utilice un channel de V 285 mm por 40 mm por 45 mm Un extremo fijo y un extremo móvil LVDT con 0.15 μm exactitud Sellado con lámina de plástico Newlands, M.D., Paine, K.A., Vemuri, N.A., and Dhir, R.K., "A Linear Test Method for Determining Early-Age Shrinkage of Concrete," Magazine of Concrete Research , 60 (10), 747-757, 2008. Variantes lineales

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Tecnologías para la medición en concreto Modificación para reducir la fricción mas Gira la V-trench "Schleibinger Shrinkage Cone" Utiliza un láser para medir el movimiento Resolución de 0.3 μm Controlada por la temperatura

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Tecnologías para la medición en concreto Grandes tubos corrugados Dilatómetro de concreto En la actualidad, no se ha normalizado y no está disponible comercialmente Realizarlo en un baño con control de temperatura para minimizar

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