Diseño de mezclas de hormigón
El hormigón es un material muy versátil y se ha adaptado a muchos usos. Aunque la mezcla básica es un material notablemente duradero, sus propiedades pueden mejorarse aún más agregando productos químicos y aditivos y variando las propiedades del cemento. Una buena mezcla de concreto debe incluir varias propiedades diferentes para garantizar que demuestre la calidad que se espera durante la vida útil.
Como no hay ecuaciones que predigan con precisión todas las propiedades necesarias para una mezcla de concreto determinada, las fórmulas de diseño se derivan empíricamente. Cada variación de una mezcla de concreto comienza con un lote de prueba que utiliza una cantidad relativamente pequeña de materiales. La mezcla básica consta de tres ingredientes principales: agua, cemento y agregados. Cada uno de estos materiales juega un papel importante en la determinación de la calidad de la mezcla. Aunque la resistencia a la compresión es el indicador principal para una mezcla de concreto, otras propiedades son igualmente importantes. Se deben considerar propiedades como la consistencia de la mezcla, la durabilidad, la resistencia a la acción de congelación y descongelación y la trabajabilidad y el acabado para lograr un resultado exitoso.
Relación : Agua - cemento
El diseño de la mezcla de concreto se basa en la teoría de que la resistencia del concreto está regulada por la cantidad de agua utilizada por unidad de cemento, siempre que la mezcla sea plástica y viable. Esta es la teoría de la relación agua: cemento, o Abrams La.w, que dice que a medida que aumenta la cantidad de agua utilizada por libra (kilogramo) de cemento, la resistencia del concreto disminuirá.
Un diseño de mezcla de concreto también se basa en la suposición de que un agregado grueso y sólido es esencial para la producción de concreto de alta calidad. Siendo esto así, el mejor concreto se produce utilizando el mayor tamaño de agregado y la mayor cantidad proporcional apropiada de este, por volumen dado de concreto, que sea compatible con los requisitos del trabajo. Existe un límite práctico para la cantidad de agregado grueso que se puede usar en cualquier situación dada, dependiendo del tamaño máximo del agregado y el módulo de finura del agregado fino usado con él.
El tamaño más grande de agregado grueso que se puede usar en cualquier situación depende de (1) el tamaño de la unidad que se vierte, (2) si está reforzado y (3) la separación del refuerzo.
Otra consideración al diseñar mezclas de concreto es la consistencia deseada del concreto plástico. En este caso, la consistencia tiene un doble significado. Significa la plasticidad o fluidez de la mezcla, pero también puede referirse a la variación de lote a lote en la mezcla de concreto. Ambos están indicados por la caída del hormigón. La depresión se mide con un cono de depresión, utilizando un método de prueba particular. El valor de caída de diseño dependerá del tipo de construcción, el tamaño de la unidad que se está fundiendo y si la unidad está reforzada.
Método de volumen absoluto
El hormigón se fabrica uniendo los agregados con pasta de cemento de manera que se produzca un material fuerte, relativamente impermeable, que no contenga huecos en su masa. En otras palabras, una cantidad dada de concreto está compuesta de material sólido; teóricamente, no hay espacios aéreos involucrados. Este producto se elabora mezclando cuatro ingredientes básicos, de los cuales solo uno (agua) no contiene vacíos.
Los otros tres están formados por partículas que tienen espacios de aire en y entre ellos; en consecuencia, en un volumen dado de cualquiera de estos, solo una parte es realmente utilizable. La parte del volumen dado que en realidad es cemento o piedra se conoce como el volumen absoluto (volumen sin vacíos). Para obtener una imagen real de las cantidades de materiales sólidos que se utilizarán para producir concreto, parece razonable calcular estos materiales en términos de su volumen absoluto y luego convertir los volúmenes absolutos en peso (masa).
Método de mezcla de prueba
Un método alternativo para diseñar una mezcla de concreto es usar las mezclas de prueba sugeridas. Es muy probable que, después de haber realizado un lote de prueba a partir de las cantidades dadas, se deba hacer algún ajuste para producir la depresión deseada. Al hacer un lote de prueba, se debe agregar suficiente agua para producir la depresión deseada, ya sea la cantidad de agua. La caída, el contenido de aire y la unidad de masa del concreto fresco se deben medir.
Aditivos de concreto
Se descubrió que el concreto ordinario que consiste en cemento portland, agua y agregados, aunque muy útil, carece de durabilidad cuando se expone a ciclos de congelación y descongelación. Los esfuerzos para aumentar su vida útil llevaron a los investigadores a descubrir que una mezcla de concreto que contiene un pequeño porcentaje de aire arrastrado tenía una resistencia mucho mejor a los efectos de los ciclos de congelación y descongelación que una mezcla de concreto común. El aire atrapado está muy finamente dividido, los vacíos esféricos se dispersan consistentemente por toda la pasta de cemento. Muy rápidamente, el concreto triturado con aire se convirtió en el estándar para aplicaciones estructurales donde tanto la durabilidad como la resistencia eran una preocupación. Además de un aumento en la durabilidad, se encontró que la adición de una pequeña cantidad de agente de arrastre de aire produjo un concreto más fluido.
Hormigón de alta resistencia
El término concreto de alta resistencia se aplica a mezclas que alcanzan resistencias de 6,000 psi (40 MPa) o más. Se pueden lograr resistencias de hasta 20,000 psi (140 MPa) con la selección adecuada de materiales y con un estricto control de calidad. Para obtener estas altas resistencias, la adherencia a todas las especificaciones de diseño debe ocurrir en cada etapa de la operación, desde el diseño de la mezcla hasta el curado final del concreto. El productor de concreto juega un papel clave en la operación al proporcionar lotes uniformes de concreto al sitio.
Durante la etapa de diseño de la mezcla, la selección final y la proporción de todos los materiales que se utilizarán en la mezcla dependerán de la resistencia de diseño requerida del concreto. La selección del cemento se basa en la resistencia de la muestra de cubos de cemento a los siete días completada por pruebas de compresión en muestras de concreto estándar.
Los contenidos de cemento que van desde 675 a 950 lb / cu yd (400 a 550 kg / cu m) se recomiendan para las mezclas de prueba iniciales. Para afirmar la calidad del cemento, las pruebas en muestras de cubos de cemento deben tener una resistencia mínima de siete días de aproximadamente 4,000 psi (30 MPa) para garantizar los resultados deseados.
La calidad del cemento puede verificarse aún más complementando las pruebas estándar de 28 días de muestras de concreto con pruebas adicionales realizadas a los 56 y 90 días. Tenga en cuenta que los equivalentes métricos dados son aproximaciones y se han redondeado por conveniencia.
Uso de cementos de fraguado rápido
A veces es necesario usar concreto en situaciones en las que es imposible esperar el período requerido para que el concreto hecho con cemento Portland normal se fragüe y fortalezca. En estas situaciones, es posible utilizar un cemento portland de alta resistencia temprana.
También es posible usar cemento de aluminato de calcio (también llamado cemento con alto contenido de alúmina o cemento aluminoso), que gana su resistencia en muy poco tiempo en comparación con el cemento Portland.
El concreto hecho con cemento Portland ganará alrededor del 10% de su resistencia de 28 días en 1 día a una temperatura de aproximadamente 65 ° F (18 ° C). Por otro lado, el concreto hecho con cemento con alto contenido de alúmina alcanza la resistencia de 28 días del cemento Portland en aproximadamente 24 horas a la misma temperatura. A 36 ° F (2 ° C), el concreto hecho con cemento Portland normal habrá ganado muy poco o nada de su resistencia de 28 días en 24 horas, mientras que en condiciones similares, el concreto hecho con cemento con alto contenido de alúmina habrá ganado alrededor de 50 % de la resistencia a 28 días del concreto de cemento portland.
Esta característica de fraguado rápido hace que el cemento con alto contenido de alúmina sea particularmente valioso cuando el concreto debe colocarse en climas fríos. Se genera una cantidad considerable de calor durante el proceso de hidratación, y este calor suele ser suficiente para garantizar la continuación del proceso de curado si el concreto está protegido de la congelación durante las primeras seis a ocho horas.
