Por qué la Temperatura del Concreto es Importante, Especialmente Durante Temperaturas Extremas

El calor producido por el concreto durante el curado del concreto se denomina calor de hidratación. Esta reacción exotérmica ocurre cuando el agua y el cemento reaccionan. La cantidad de calor producida durante la reacción está relacionada principalmente con la composición y finura del cemento.

LAS CINCO FASES DE LA EVOLUCIÓN DEL CALOR EN EL HORMIGÓN

La evolución del calor en el hormigón es un tema muy complejo y ampliamente investigado. Para simplificar este proceso, la evolución del calor a lo largo del tiempo se puede separar en cinco fases diferenciadas. El perfil de calor puede cambiar dependiendo del tipo de cemento. La hidratación típica para el cemento Tipo I se representa gráficamente en la siguiente figura.

FASE i: PREINDUCCIÓN

Poco tiempo después de que el agua entre en contacto con el cemento, se produce un fuerte aumento de la temperatura, que ocurre muy rápidamente (en un par de minutos). Durante este período, las fases reactivas primarias del hormigón son las fases de aluminato (C3A y C4AF). Las fases de aluminato y ferrita reaccionan con los iones de calcio y sulfato para producir etringita, que precipita en la superficie de las partículas de cemento. Durante esta fase, en menor medida, las fases de silicato (principalmente C3S) también reaccionarán en fracciones muy pequeñas en comparación con su volumen total y formarán una capa muy delgada de silicato de calcio e hidrato (C-S-H).

FASE ii: PERÍODO LATENTE

Esta fase también se conoce como fase de inducción. Durante este período, la tasa de hidratación se ralentiza significativamente. Tradicionalmente, se cree que esto se debe a la precipitación de los compuestos antes mencionados en la superficie de las partículas de cemento, lo que conduce a una barrera de difusión entre las partículas de cemento y el agua. Sin embargo, hay un debate significativo sobre las razones físicas y químicas detrás de la ocurrencia de esta etapa y los métodos para predecirla. Este es el período en el que se transporta y coloca el hormigón fresco, ya que aún no se ha endurecido y sigue siendo viable (plástico y fluido). Se ha demostrado que la duración del período de latencia varía dependiendo de múltiples factores (tipo de cemento, mezclas, w/cm). El final del período latente se caracteriza típicamente por el conjunto inicial.

FASES iii y iV:

GANANCIA DE RESISTENCIA En esta fase, el hormigón comienza a endurecerse y ganar fuerza. El calor generado durante esta fase puede durar varias horas y es causado principalmente por la reacción de los silicatos de calcio (principalmente C3S y en menor medida C2S). La reacción del silicato de calcio crea el hidrato de silicato de calcio de “segunda etapa” (C-S-H), que es el principal producto de reacción que proporciona resistencia a la pasta de cemento. Dependiendo del tipo de cemento, también es posible observar un tercer pico de calor más bajo a partir de la actividad renovada de C3A.

FASE V: ESTADO ESTACIONARIO

La temperatura se estabiliza con la temperatura ambiente. El proceso de hidratación se ralentizará significativamente, pero no se detendrá por completo. La hidratación puede continuar durante meses, años o incluso décadas, siempre que haya suficiente agua y silicatos libres para hidratarse, pero el aumento de fuerza será mínimo durante ese período de tiempo.

¿Por qué Monitorear la Temperatura del Concreto?

En la fase II, la temperatura del hormigón se puede medir a medida que 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 dependiendo del 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 monitoreo de la temperatura del concreto durante las fases III y IV es un componente de control de calidad que se realiza regularmente. La razón principal detrás de esta medición es asegurar que el concreto no alcance temperaturas que sean demasiado altas o demasiado bajas para permitir el desarrollo adecuado de la resistencia y la durabilidad del concreto. 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).

HORMIGONADO EN CLIMAS CÁLIDOS

Generalmente, se especifica un límite de 70°C para la temperatura del concreto durante la hidratación. Si la temperatura del concreto durante la hidratación es demasiado alta, causará que el concreto tenga una alta resistencia al principio pero, en consecuencia, gane menos resistencia en la etapa posterior y exhiba una menor durabilidad. Además, se ha observado que tales temperaturas interfieren con la formación de etringita en la etapa inicial y posteriormente se promueve su formación en las etapas posteriores; lo que provoca una reacción expansiva y el posterior agrietamiento. Además, los problemas de alta temperatura son motivo de preocupación, especialmente en vertidos masivos de concreto, donde la temperatura del núcleo puede ser muy alta debido al efecto de masa, mientras que la temperatura de la superficie es más baja. Esto causa un gradiente de temperatura entre la superficie y el núcleo, si el diferencial de temperatura es demasiado grande, causa agrietamiento térmico.

HORMIGONADO EN CLIMA FRÍO

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 un fin al desarrollo de la fuerza. Si la temperatura del concreto alcanza el punto de congelación antes de alcanzar una cierta resistencia (3,5 MPa) (ACI 306), el concreto tendrá una resistencia general reducida. Esto también causará grietas, ya que el hormigón no tiene la resistencia suficiente para resistir la expansión del agua debido a la formación de hielo. Para garantizar 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 una temperatura determinada durante un período de tiempo específico (>5°C durante 48 horas) (ACI 306).

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