Procedimientos de control de fisuración a edades tempranas de hormigones avanzados para construcciones arquitectónicas
- Autores: Javier Puentes Mojica
- Directores de la Tesis: Gonzalo Barluenga Badiola (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2015
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Hernández Olivares (presid.), Fernando da Casa Martín (secret.), Alberto Delgado Quiñones (voc.), Olga Isabel Rio Suarez (voc.), Alberto Sepulcre Aguilar (voc.), Antonia Pacios Álvarez (voc.), Gema López Manzanares (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: e_Buah
- Resumen
- español
La fisuración por retracción del hormigón debida a la evaporación del agua de amasado durante las edades tempranas (ET) obedece a que no es capaz de absorber las tensiones a las cuales está sometido el material por efecto de la rigidización al no tener desarrollada esta capacidad, lo que afecta seriamente a su durabilidad. Los Hormigones Avanzados (HA), caracterizados por tener una composición diferente que mejora sus prestaciones en estado fresco (EF) o en estado endurecido (EE) respecto a los hormigones convencionales (HC), son más susceptibles de sufrir fisuración a ET. Entre los HA, destacan los hormigones con capacidad autocompactante (HAC), caracterizados por sus características en EF, facilitando su colocación en obra sin necesidad de vibrado, derivadas de su mayor contenido de pasta lo que ha aumentado su uso durante los últimos años.
En este trabajo de tesis se estudia el comportamiento durante las ET y en EE de pastas y hormigones avanzados y HAC con filler calizo, diferentes adiciones activas y fibras de tamaño micro y nanométrico. El objetivo es identificar los parámetros principales que controlan la evolución de la reacción, la formación de la microestructura sólida y la red porosa y el desarrollo de sus propiedades tecnológicas, para minimizar el riesgo de fisuración a ET.
En estado endurecido (EE) los HAC de manera general poseen características similares a un HC. El desarrollo de los hormigones avanzados y HAC con la incorporación de diferentes tipos y tamaños de adiciones y aditivos busca mejorar otras características en EE enfocadas a la funcionalidad, durabilidad, mantenimiento, aspecto estéticos y ambientales, aportando un valor añadido. Sin embargo la incorporación de estos componentes afecta al hormigón a ET, variando el comportamiento del agua en la mezcla, la velocidad de los procesos de hidratación y, en consecuencia. la formación de la micro estructura rígida del material, variando la cantidad y el tamaño del poro.
Para evaluar la evolución de las propiedades del hormigón durante las primeras horas se ha establecido un protocolo de monitorización simultánea de varios parámetros experimentales relacionados con el proceso de hidratación y los efectos en el desarrollo de las propiedades tecnológicas del material, identificando el efecto de cada uno de los componentes constituyentes de HAC durante las ET. Entre los parámetros experimentales monitorizados están la temperatura, la presión capilar, la pérdida de peso por evaporación, la retracción libre y la propagación de ondas ultrasónicas de compresión y de cortante. Se ha utilizado como referencia el grado de reacción (Rd) de la muestra obtenido a partir de la evolución térmica durante las primeras 24 horas. Se ha determinado una relación entre evolución de la presión capilar con la evolución de las propiedades mecánicas, relacionada con la velocidad de propagación de impulsos ultrasónicos. Además se ha identificado la relación entre la retracción a edades tempranas y el riesgo de fisuración por secado a ET. Se ha observado que la secuencia cronológica de sucesos influye más en el riesgo de fisuración que el valor absoluto de los parámetros.
Conocer el efecto de cada uno de los componentes de la dosificación de los HAC permite tener más herramientas para entender el proceso, mientras adquiere la estructura rígida. De esta manera es posible determinar el método de control adecuado ante la fisuración. La incorporación de adiciones activas de diferente tamaño han mejorado las propiedades mecánicas de los HAC. Sin embargo, también generan efectos secundarios que comprometen la vida útil del material, siendo la fisuración uno de los más comunes. Los efectos adversos derivados de la fisuración por secado a ET se han controlado incorporando pequeñas cantidades de microfibras de polipropileno, ya que la inclusión de nanofibras de carbono no es efectiva para este fin. Gracias al estudio multi-paramétrico se han podido identificar los aspectos más relevantes durante el proceso de rigidización y que están relacionados con la demanda tensional, el proceso de hidratación y los movimientos del agua en el sistema. Se ha actuado a través del diseño de la dosificación, con materiales que controlen la aparición de los efectos secundarios.
La tesis se organiza con una introducción general, estableciendo los objetivos y la metodología experimental, con una discusión y unas conclusiones integradas, mientras que los resultados se presentan en forma de ocho artículos de investigación.
- English
Early age (EA) drying cracking of concrete due to water evaporation is related to the over-stresses whereby the material is subjected to during the stiffening process, which can compromise durability. Advanced concretes (AC) are characterized by a different composition that improves performance both at the fresh state (FS) and the hardened state (HS) regarding to conventional concretes (CC) and are more prone to suffer EA cracking. Concretes with selfcompacting ability (SCC) can be highlighted among AC, because they can be easily placed onsite without mechanical vibration, due to the larger amount of paste, and are being increasingly used for architectural applications.
This PhD thesis deals with the behavior during EA and HS of pastes and advanced SCC with limestone filler and different size of active additions and fibers (micro and nano-size). The aim is to identify the key parameters that control the reaction evolution, the formation of the solid and porous microstructure and the development of the technological properties, in order to minimize the EA cracking risk.
Generally speaking, SCC performs very similar to CC in the hardened state (HS). The technological development of the advanced SCC with different types and sizes of additions and additives aims to improve other features in HS as functionality, durability, maintenance, aesthetic and environmentally value added. However, the addition of these components also affects the FS of concrete, varying the performance of water in the mixture, the speed of the hydration process and, thereby, modifying the microstructure development and the pore amount and size.
The evaluation of concrete properties during the early ages is a key issue and requires to monitor the evolution of several material properties. For this purpose, a protocol for simultaneous monitoring of several experimental parameters has been set, related to the process of hydration and the effects of each new component on the technological development of the material. The experimental parameters studied were: temperature, capillary pressure, weight loss due to water evaporation, EA free shrinkage, ultrasonic compression and shear pulse propagation. The degree of reaction (Rd) of the samples was calculated from the thermal evolution during the first 24 hours. Capillary pressure was related to the evolution of mechanical properties, estimated by ultrasonic pulse transmission. The volumetric variations due to drying shrinkage were related to EA cracking. It has also been found that EA cracking risk depends on the chronology of events rather than on the total values measured.
Knowing the effect of each of the components of the mix on the SCC EA performance enables more tools to understand the process, while concrete is acquiring a rigid structure. Thereby, an appropriate control method to prevent cracks can be defined.
The incorporation of different types and sizes of additions have improved the mechanical properties of the HAC. However, other side effects, as EA cracking risk increase have been identified, that compromise the lifespan of the material.
The EA drying cracking side effects were controlled by the addition of small amounts of polypropylene microfibers, since the inclusion of carbon nanofibers was not effective for this purpose. The multi-parametrical approach used in this study has been able to identify the most important aspects related to the stiffening process, the stress demand, the hydration process and the movement of water in the system. The design of the compositions has been the key to control the onset of side effects.
The thesis comprises a general introduction where the objectives and experimental methodology is defined, a discussion and some integrated conclusions, while the specific results are presented and discussed in the form of eight research articles.
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