Influencia de las condiciones de curado en el comportamiento del hormigón sometido a ciclos hielo-deshielo

摘要

El efecto de los ciclos hielo-deshielo es una de las causas principales de la degradación del hormigón en las regiones frías. En Europa Central y Oriental las condiciones climáticas en el invierno son particularmente graves para el hormigón estructural. Los sucesivos ciclos de hielo-deshielo causan tanto el empeoramiento del hormigón externo como el daño interno. En una temporada de invierno habitual en estas zonas, puede haber más de 100 ciclos hielo-deshielo, con el consiguiente deterioro de la estructura. Sin embargo, surgen problemas de durabilidad cuando el hormigón húmedo en climas fríos está expuesto a los ciclos repetidos de temperatura que causan el hielo y el deshielo del agua de los poros. La expansión del hormigón húmedo puede ser alta y las tensiones inducidas dentro del hormigón pueden ser inaceptables. En estos casos las inadecuadas condiciones de curado determinan cambios en la microestructura del materia, principalmente en el grado de hidratación que se alcanza y este hecho lleva asociado cambios importantes en la estructura porosa con un debilitamiento importante de su función protectora frente a la entrada de agentes agresivos. Un buen curado permitiría conseguir una consistencia de fraguado tal que nos permita obtener un grado de dureza capaz de garantizar la máxima resistencia física y química en obra. El objetivo de este trabajo es relacionar las condiciones de curado del hormigón y la adición de un inclusor de aire, con los daños producidos por los ciclos hielo-deshielo en hormigones curados con baja humedad y alta temperatura. Para ello se ha realizado una campaña experimental sobre probetas de hormigón curadas en condiciones extremas reales “in situ” de humedad y temperatura a 30°C de temperatura y a 37% de humedad relativa y con y sin aire ocluido sometidas a ciclo de hielo deshielo. Se fabricaron cuatro tipos de hormigones, de dos resistencias características: 30 y 45 MPa. De cada hormigón se confeccionaron dos tipos, uno con la adición de un aireante, en proporción 0,05% en peso del cemento, y el otro sin aireante. Junto con el ensayo específico de hielo-deshielo se han realizado ensayos complementarios de penetración de agua bajo presión, permeabilidad al gas, porosimetría por intrusión de mercurio, el análisis térmico diferencial (ATD), el análisis termogravimírtrico (TG) y ensayos de difusión de cloruros, así como los de caracterización mecánica del hormigón, antes y después de los ciclos. De los resultados obtenidos se concluye que las probetas sin aireante muestran un deterioro de sus propiedades mecánicas tras el ensayo de hielo-deshielo. Sin embargo, la inclusión de aire beneficia el comportamiento del hormigón frente a los ciclos hielodeshielo, de modo que incluso mejoran sus propiedades mecánicas tras el ensayo. Por otra parte el volumen y tamaño de poros es mayor antes de los ciclos hielo-deshielo que después. Ambos resultados se pueden achacar a que durante el ensayo de hielo/deshielo se completa la hidratación del cemento, insuficientemente desarrollada al principio por la baja humedad y alta temperatura de curado. Este comportamiento anómalo se explica porque el proceso de hidratación del cemento continúa durante los ensayos hielodeshielo, cerrando la red porosa. Este aspecto se ha podido confirmar con los ensayos de ATD y TG realizados. La determinación del daño en el hormigón producido por los ciclos hielo-deshielo se ha determinado mediante las medidas de pérdida de peso y cambio de longitud, como propone la normativa española. También se han realizado medidas de velocidades ultrasónicas sobre las probetas a distintos ciclos. Se observa cómo estas medidas predicen adecuadamente el deterioro de los hormigones debido al efecto de los ciclos hielo-deshielo, anticipándose a las medidas obtenidas de pérdida de peso y cambios de longitud. ABSTRACT Freeze–thaw process is one of the main causes of concrete degradation in cold regions. In central and eastern Europe, the climatic conditions in the winter season are particularly severe for concrete construction. The successive freezing/thawing cycles cause both external and internal concrete deterioration. In atypical winter season, outdoor concrete structures can be exposed to over one hundred freezing/thawing cycles. The durability problems of concrete arise when the wet concrete in colder climates is exposed to repeated cycles of temperature changes that result in the freezing and thawing of the water in the pores. The expansion of the wet concrete can be high and the induced stresses may be unacceptable. In these cases, the inadequate curing conditions of the concrete affect the microstructure of the material, as a result of the degree of hydration reached. The change in water volume inside the pores causes stresses in the pore system to increase. These stresses may lead to severe damage in the structure of the concrete. In general, adequately cured concrete develops a more impermeable and compact concrete, with better physical and durability resistance. The main objective of this study was to analyze the simultaneous potential damage of concrete specimens exposed to different curing conditions (high temperature and low relative humidity) and freeze-thaw cycles. This experimental campaign was realized on concrete specimen cured in real extreme conditions of humidity and temperature of 30°C and 37 % relative humidity, and with and without air-entraining admixtures subjected to freeze-thaw cycles. In this experimental study four types of mixtures were used. These included specimens with characteristic strength of 30 and 45 MPa, one with air-entraining admixtures, in proportion 0.05 % in cement weight, and the other without. In addition to the freezingthawing test, additional durability tests were performed including: water penetration under pressure, gas permeability, mercury intrusion porosimetry, the differential thermal analysis (ATD), termogravimetric analysis (TG), and chloride diffusion test. Mechanical tests were also performed before and after the cycles. From the obtained results, it can be concluded that the specimens without air-entraining experienced deterioration in their mechanical properties as a result of the freeze-thaw test. The inclusion of air benefited the behaviour of concrete against the freeze-thaw cycles, to the extent that some of the specimens experienced an improvement in their mechanical properties after the freeze-thaw testing. On the other hand, the volume and pore size was larger in the specimens before exposure to the freeze-thaw cycles, than after. These results can be attributed to that the hydration process, which insufficiently developed at first due to the low humidity and high temperature curing conditions, continued during the freeze-thaw test. This anomalous behaviour is explained by that the hydration process of the cement continued during freeze-thaw testing, closing the porous system. This aspect has been confirmed with the ATD and TG tests performed. The degree of damages in concrete caused by freeze-thaw cycles has been evaluated by weight loss and change in length measurements, as proposed by the Spanish standard. Ultrasonic velocity tests have also been performed on the specimens during the freeze/thaw tests. The ultrasonic test adequately predicts the deterioration of concrete due to the effect of freeze-thaw cycles, and its measurements anticipate the damage in comparison with the weight loss and length change measurements.