Capítulo 12
Curado del Concreto El curado es la manutención de la temperatura y del contenido de humedad satisfactorios, por un periodo de tiempo que empieza inmediatamente después de la colocación (colado) y del acabado, para que se puedan desarrollar las propiedades deseadas en el concreto (Fig. 12-1). Siempre se debe enfatizar la necesidad de curado pues tiene una fuerte influencia sobre las propiedades del concreto endurecido, o sea, el curado adecuado hace que el concreto tenga mayor durabilidad, resistencia, impermea bilidad, bilid ad, resi resistenci stenciaa a abrasi abrasión, ón, estabi estabilidad lidad dimen dimensiona sional,l, resistencia a congelación-deshielo y a descongelantes. Las losas expuestas son especialmente sensibles al curado, pues se puede reducir significantemente el desarrollo de la resistencia mecánica y la resistencia a la congelacióndeshielo en su superficie, cuando el curado no es apropiado. Cuando el cemento portland se mezcla con el agua, empieza una reacción química, llamada de hidratación. El
grado de hidratación (extensión hasta la cual la reacción se completó) tiene influencia sobre la resistencia y la dura bilidad del concreto. concreto. El concreto recién mezclado mezclado normalmente contiene más agua que la requerida para la hidratación del cemento, sin embargo la pérdida excesiva de agua por evaporación puede disminuir o prevenir la hidratación adecuada. La superficie es particularmente susceptible a la hidratación insuficiente porque se seca primero. Si la temperatura es favorable, la hidratación es relativamente rápida en los primeros días después de la colocación del concreto. Por lo tanto, es importante que se retenga agua en el concreto durante este período, o sea, se debe evitar la evaporación o reducirla considerablemente. Con el curado adecuado, el concreto se vuelve más impermeable y más resistente a esfuerzos, a abrasión y a congelación-deshielo. El desarrollo de las propiedades es muy rápido en los primeros días, pero después continúa más lentamente por un periodo de tiempo indefinido. indefinido. Las Figuras 12-2 y 12-3 muestran el desarrollo de la resistenci resistenciaa 600 8
Curado húmedo todo el tiempo
2 2
500
m c / g k , n400 ó i s e r p m o300 c a a i c n200 e t s i s e R
Al aire después de 28 días de curado húmedo Al aire después de 7 días de curado húmedo
6
En ambiente de laboratorio todo el tiempo 4
2
100 MPa = 10.2 kg/cm2
0 0 7 28
Fig. 12-1. El curado debe empezar en cuanto el concreto se endurezca suficientemente para prevenir la erosión de la superficie. El yute (arpillera, estopa) rociada con agua es un método efectivo para el curado húmedo. (IMG12363)
91
Edad del ensayo, días
g l u p / b l 0 0 0 1 , n ó i s e r p m o c a a i c n e t s i s e R
0 365
Fig. 12-2. Efecto del tiempo de curado húmedo sobre el desarrollo de la resistencia del concreto (Gonnerman y Shuman 1928).
261
Diseño y Control de Mezclas de Concreto
◆
EB201
125 s a í d 8105 , 2 n s ó o i l s a e r a p i 85 m c o n e c t s a i a s e i c r n a 65 e n t s i ó i s c e l a R e r 45 n e %
O
O
Temperatura de colocación/curado, C ( F) 23/23 (73/73) 32/32 (90/90) 10/10 (50/50) 23/10 (73/50)
25 0
20
40
60
Edad, días 120 ) F ° 3 7 (
C 3 2 100 % , n ó i s e r p m o c a 80 a i c n e t s i s e R
O
Temperatura de colocación/curado, °C (°F) 23/23 (73/73) 32/32 (90/90) 10/10 (50/50) 23/10 (73/50)
60 0
20
40
60
Edad, días
Fig. 12-3. Efecto de la temperatura de curado sobre el desarrollo de la resistencia (superior) en relación a la resistencia a los 28 días y (inferior) relativa a la resistencia del concreto a 23°C (73°F) (Burg 1996).
con relación a la edad, de concretos sujetos a diferentes períodos y temperaturas de curado, respectivamente. El método de curado más eficiente depende de los materiales y métodos de construcción empleados y de la intención de uso del concreto endurecido. En la mayoría de las obras, el curado normalmente envuelve la aplicación de compuestos de curado o la cobertura del concreto fresco con hojas impermeables o yute (arpillera, estopa) húmeda. En algunos casos, tales como en el clima caluroso y en el clima frío, se necesitan cuidados especiales y el uso de otras precauciones. Las mezclas de concreto con alto contenido de cemento y baja relación agua-cemento (menor que 0.40) pueden necesitar de un curado especial. A medida que el cemento se hidrata (combinación química con el agua), la humedad relativa interna disminuye, causando la autodesecación (secado) de la pasta, si no se suministra agua externa. La pasta se puede desecar hasta un nivel que la hidratación se paraliza. Esto puede influenciar las
propiedades del concreto, especialmente si, durante los primeros siete días, la humedad relativa interna baja para menos del 80%. En vista de eso, los compuestos de curado formadores de membrana pueden no retener suficiente agua en el concreto. Por lo tanto, se hace necesario niebla (rociado) o curado húmedo para maximizar la hidratación (Copeland y Braga 1955). La niebla durante y después de la colocación y acabado también ayuda a minimizar la fisuración por contracción (retracción) plástica (agrietamiento por contracción plástica) en concretos con relación agua-cemento muy baja (especialmente cerca de 0.30 o menos). Cuando el curado húmedo se interrumpe, el desarrollo de la resistencia continúa por un corto período de tiempo y se paraliza después que la humedad relativa interna baja para 80%. Sin embargo, si se empieza nuevamente el curado húmedo, el desarrollo de la resistencia se reactiva, pero la resistencia potencial original tal vez no se logre. Aunque se puede lograr en el laboratorio, la resaturación del concreto en la obra es difícil. Por lo tanto, la mejor opción es el curado húmedo continuo, desde el momento de la colocación hasta que el concreto haya desarrollado suficientes resistencia, impermeabilidad y durabilidad. La pérdida de agua también va a causar la contracción (retracción) del concreto, creando esfuerzo de tensión (tracción). Si estas tensiones se desarrollan antes que el concreto haya logrado resistencia suficiente, la superficie va a fisurarse. Se deben proteger contra la evaporación todas las superficies expuestas, incluyéndose bordes y juntas. La hidratación continúa en una velocidad más lenta cuando la temperatura del concreto es baja. Temperaturas menores que 10°C (50°F) son desfavorables para el desarrollo de las resistencias tempranas, abajo de 4°C (40°F) este desarrollo es retrasado enormemente e inferior a la temperatura de congelación (-10°C [14°F]) se desarrolla poca o ninguna resistencia. En los últimos años, se introdujo el concepto de madurez para evaluar el desarrollo de la resistencia cuando hay variación en la temperatura de curado del concreto. La madurez es el resultado de la edad del concreto y la temperatura promedio de su curado superior a una cierta temperatura base. Para más información sobre el concepto de madurez, consulte el Capítulo 14. Por lo tanto, se debe proteger el concreto para que su temperatura sea favorable para la hidratación y para que no haya pérdida de humedad durante el periodo de endurecimiento en las primeras edades.
MÉTODOS Y MATERIALES DE CURADO Se puede mantener el concreto húmedo (y en algunos casos a una temperatura favorable) a través de tres métodos de curado: 1. Métodos que mantienen el agua de la mezcla (agua de mezclado) presente durante los períodos iniciales de endurecimiento. Entre éstos se incluyen encharca262
Capítulo 12 ◆ Curado del Concreto
miento o inmersión, rociado, aspersión o niebla y coberturas saturadas de agua. Estos métodos permiten un cierto enfriamiento a través de la evaporación, que es benéfico en clima caluroso. 2. Métodos que reducen la pérdida del agua de la mezcla de la superficie del concreto. Esto se puede hacer cubriéndose el concreto con papel impermeable o plástico o a través de la aplicación de compuestos formadores de membrana. 3. Métodos que aceleran el desarrollo de la resistencia a través del suministro de calor y humedad adicional al concreto. Esto se realiza normalmente con vapor directo, espirales (serpientes) de calentamiento o cim bras (encofrados) o almohadilla calentados eléctricamente. El método o la combinación de métodos elegido depende de factores como la disponibilidad de los materiales de curado, el tamaño, forma y edad del concreto, las instalaciones de producción (en obra o en central), apariencia estética y economía. Como resultado, el curado normalmente envuelve una serie de procedimientos usados en momentos específicos a medida que el concreto se envejece. Por ejemplo, aspersión de niebla o yute húmeda cubierta con plástico pueden preceder la aplicación del compuesto de curado. El momento de cada procedimiento depende del grado necesario de endurecimiento para que el procedimiento no dañe la superficie del concreto (ACI 308, 1997)
Encharcamiento e Inmersión En superficies planas, tales como pavimentos y losas, se puede curar por encharcamiento. Los diques (bordos) de arena o suelo alrededor del perímetro de la superficie del concreto pueden retener el agua del encharcamiento, método ideal para prevenir la pérdida de humedad y es eficiente para mantener la temperatura del concreto. El agua de curado no debe estar 11°C (20°C) más fría que el concreto para evitar las tensiones térmicas que pueden generar fisuras. Como el encharcamiento requiere mucho trabajo y supervisón, este método sólo se lo emplea en pequeñas obras. El método de curado con agua, más minucioso, consiste en la inmersión total del elemento de concreto. Este método se usa normalmente en laboratorio para el curado de especimenes (probetas) de ensayo. Cuando la apariencia del concreto es importante, el agua utilizada en el curado por encharcamiento o inmersión debe estar libre de substancias que manchen o decoloren el concreto. El material usado para los diques también puede decolorar el concreto.
Fig. 12-4. La niebla minimiza la pérdida de humedad durante y después de la colocación y el acabado del concreto. (IMG12362)
arriba de la temperatura de congelación y la humedad es baja. Frecuentemente, se aplica una niebla o llovizna fina a través de un sistema de boquillas o rociadores para aumentar la humedad relativa del aire, disminuyendo la evaporación de la superficie. El rociado se aplica para minimizar la fisuración por contracción (retracción) plástica hasta que las operaciones de acabado se concluyan. Una vez que el concreto se haya endurecido suficientemente para prevenir la erosión por el agua, se pueden usar, de manera eficiente, rociadores ordinarios para césped. Esto si se proporciona una buena cobertura y el escurrimiento del agua es adecuado. Las mangueras para regar son útiles para superficies verticales o casi verticales. El costo de la aspersión puede ser una desventaja. El método requiere un gran abastecimiento de agua y una supervisión cuidadosa. Si la aspersión se hace en intervalos, se debe prevenir que el concreto se seque entre las aplicaciones del agua, a través del uso de yute o material similar, pues los ciclos alternados de saturación y secado pueden causar la fisuración de la superficie.
Coberturas Húmedas Normalmente para el curado, se usan las cubiertas de telas saturadas con agua, como los yutes, esteras de algodón, mantas u otras telas que retengan humedad (Fig. 12-5). El yute tratada que refleja la luz y es resistente a la putrefacción y al fuego ya está disponible. Los requisitos para los yutes se describen en Especificaciones para Telas de Arpillera Producidas de Yute o Kenaf (Specification for Burlap Cloths made from Jute or Kenaf – AASHTO M 182) y aquéllos para las mantas de yute blanco de polietileno se describen en la ASTM C 171 (AASHTO M 171).
Rociado o Aspersión El rociado (Fig. 12-4) y la aspersión con agua son excelentes métodos cuando la temperatura ambiente está bien 263
Diseño y Control de Mezclas de Concreto
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La mayor desventaja de la tierra, arena, aserrín, heno o paja húmedos es la posibilidad de decoloración del concreto.
Papel Impermeable El papel impermeable para el curado del concreto consiste en dos hojas de papel kraft (o de pulpa sulfítica), cementadas entre si por un adhesivo bituminoso con refuerzo de fibras. Este papel, según la ASTM C 171 (AASHTO M 171), es un método eficiente de curado de superficies horizontales y concreto estructural de formas relativamente sencillas. Una ventaja importante de este método es que no requiere el riego periódico. El curado con papel impermeable auxilia la hidratación del cemento, pues previene la pérdida de agua del concreto (Fig. 12-6). Cuando el concreto se haya endurecido suficientemente para prevenir el daño de la superficie, se lo debe mojar y colocar el papel con el mayor ancho disponible. Los bordes de hojas adyacentes se deben traslapar cerca de 150 mm (6 pulg.) y estar sellados con arena, tablón de madera, cinta adhesiva sensitiva a presión, mastique o pegamento (cola). Las hojas se deben anclar con pesos para que se mantengan en contacto con la superficie del concreto durante todo el período de curado. El papel impermeable se puede reutilizar si efectivamente retiene la humedad. Las rasgaduras y los agujeros se pueden reparar fácilmente con parches de papel de curado. Cuando la condición del papel es dudosa, se lo puede seguir utilizando con doble espesor. Además del curado, el papel impermeable ofrece alguna protección al concreto contra daños causados por construcción posterior, bien como protección contra el sol directo. Su color debe ser claro y no debe manchar el con-
Fig. 12-5. Los aspersores de césped saturan el yute con agua y mantienen el concreto continuadamente saturado. La aspersión intermitente es aceptable si no ocurre secado de la superficie del concreto. (IMG12263)
El yute debe estar libre de cualquier sustancia que sea perjudicial al concreto o pueda causar decoloración (descoloramiento). Se debe enjuagar el yute nuevo para remover sustancias solubles y para volverlo más absorbente. Las coberturas de tela saturada, capaces de retener el agua, deberán colocarse tan pronto el concreto se haya endurecido suficientemente para evitar daños a su superficie. Durante el período de espera, se pueden usar otros métodos de curado, tales como el rociado o el uso de auxiliares de acabado formadores de membrana. Se debe tener cuidado para que toda la superficie se cubra por la tela mojada, incluyéndose los bordes de las losas. Se debe mantener la cubierta constantemente húmeda para que una película de agua se mantenga sobre la superficie del concreto durante el período de curado. El uso de películas de polietileno sobre el yute húmedo es una buena práctica que elimina la necesidad de riego continuo de la cubierta. El riego periódico de la tela debajo del plástico, antes que se seque, debe ser suficiente. Ciclos alternados de saturación y secado durante las edades tempranas pueden causar fisuración. Cubiertas húmedas de tierra, arena o aserrín son eficientes para el curado y frecuentemente usadas en pequeñas obras. El aserrín de la mayoría de las maderas es aceptable, pero el roble y otras maderas que contienen ácido tánico no se deben usar, pues puede ocurrir deterioro del concreto. Una capa de 50 mm (2 pulg.) de espesor se debe distribuir regularmente sobre la superficie del concreto previamente humedecida y se la debe mantener constantemente mojada. Se puede utilizar el heno (forraje) o paja húmedos para el curado de superficies planas. Si son empleados, se debe colocar una capa de, por lo menos, 150 mm (6 pulg.) de espesor y deberán quedar fijos con una malla de alambre, yute o lona para evitar que el viento se los lleve.
Fig. 12-6. Papel impermeable para curado es una medida eficiente de curado horizontal de superficies. (IMG15128)
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Capítulo 12 ◆ Curado del Concreto
creto. El papel con la superficie superior blanca es preferible para el curado de concreto exterior durante el clima caluroso.
películas transparentes tienen poco efecto sobre la absorción del calor. La ASTM C 171 (AASHTO M 171) también incluye un material en lámina, tal como yute impregnado, en uno de los lados, con película de polietileno opaco en el otro. Las combinaciones de película de polietileno unida a una tela absorbente, tal como el yute, ayuda a retener la humedad sobre la superficie del concreto. La película de polietileno también se puede colocar sobre arpillera húmeda u otro material húmedo de cobertura, para retener el agua en el material de la cubierta. Este procedimiento elimina el trabajo intenso de regar continuadamente el material de la cubierta.
Hojas de Plástico Los materiales de láminas (hojas) de plásticos, tales como la película de polietileno, se pueden usar en el curado del concreto (Fig. 12-7). La película de polietileno, además de tener un peso ligero, retiene la humedad de manera eficiente y se la puede aplicar fácilmente tanto en elementos de formas sencillas como complejas. Su aplicación es semejante a la aplicación descrita para el papel impermeable. El curado con película de polietileno (o papel impermeable) puede causar decoloración en ciertas áreas, especialmente si el concreto contiene cloruro de calcio y fue acabado con llana metálica. Esta decoloración es más pronunciada cuando la película se arruga, pero, en proyectos grandes, es muy difícil y toma mucho tiempo, colocar los materiales en hojas sin arrugas. La decoloración se puede prevenir inundando la superficie bajo la cubierta, mas otros métodos de curado se deben usar, cuando un color uniforme sea importante. La película de polietileno debe cumplir con la ASTM C 171 (AASHTO M 171), que especifica un espesor de 0.10 mm (4 mpulg.) para el curado del concreto, pero lista sólo películas opacas blancas y transparentes. Sin embargo, la película negra está disponible y es satisfactoria bajo ciertas condiciones. La película blanca se la debe usar en el curado del concreto exterior, durante el clima caluroso, para reflejar los rayos de sol. La película negra se la puede usar en el clima frío en áreas internas. Las
Fig. 12-7. La película de polietileno es una barrera de humedad efectiva para el curado del c oncreto y se la puede aplicar fácilmente tanto en formas complejas como en sencillas. Para minimizar la decoloración, la película se debe mantener lo más llano posible sobre la superficie de concreto. (IMG12360)
Compuestos de Curado Formadores de Película Los compuestos líquidos formadores de membranas a base de parafinas, resinas, hules (gomas) coloreadas y otros materiales se pueden usar para impedir o reducir la evaporación de la humedad del concreto. En países desarrollados, es el método más práctico y más ampliamente utilizado para el curado no sólo de concretos recién colocados, sino también para prolongar el curado hasta después de la remoción de la cimbra (encofrado) o después del curado húmedo inicial. Sin embargo, los métodos más eficientes de curado son las cubiertas húmedas o el rociado de agua, los cuales mantienen el concreto continuadamente mojado. Los compuestos de curado deben ser capaces de conservar la humedad relativa de la superficie del concreto superior al 80% por siete días, para sostener la hidratación del cemento. Los compuestos formadores de película son, en general, de dos tipos: transparentes o translúcidos y pigmentados de blanco. Los compuestos transparentes o translúcidos pueden contener un tinte inestable que facilita la verificación visual del área cubierta por la película. El tinte se destiñe enseguida a la aplicación. En días calientes y soleados, se recomienda el empleo de compuestos blancos, pues reducen el aumento del calor provocado por el sol, reduciendo la temperatura del concreto. Se deben agitar los recipientes de los compuestos pigmentados, para que no se asienten en el fondo. Los compuestos de curado se deben aplicar inmediatamente después del acabado final del concreto, a través de equipos rociadores operados manualmente o por propulsión mecánica (Fig. 12-8). La superficie del concreto debe estar húmeda, cuando se aplica la capa. En días secos y ventosos o durante períodos de condiciones climáticas adversas, que podrían resultar en fisuración por contracción (retracción) plástica, la aplicación del compuesto de curado, inmediatamente después del acabado final y antes de la evaporación de toda el agua libre de la superficie, va a ayudar a prevenir la formación de agrietamiento. Los equipos rociadores de propulsión mecánica se recomiendan para una aplicación uniforme 265
Diseño y Control de Mezclas de Concreto
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Se debe tener cuidado al usar compuestos que contienen solventes de alta volatilidad en áreas sin ventilación o cerca de espacios ocupados sensibles, tales como hospitales, porque la evaporación de los volátiles puede causar problemas respiratorios. Se deben cumplir con las leyes ambientales locales sobre la emisión de compuestos orgánicos volátiles (COV). Los compuestos de curado deben satisfacer la ASTM C 309 (AASHTO M 148), NTC 1977 y 3494 o NMX C 081. Los métodos para la determinación de la eficiencia de los compuestos de curado, papel impermeable y láminas de plásticos se describen en ASTM C 156 (AASHTO T 155), IRAM 1664 y 1673, NTC 3494 y NMX C 304 y 309. La ASTM C 1151, suspendida en 2000, también evalúa la eficiencia de los compuestos de curado. Aquéllos con propiedades de sello se especifican a través de la ASTM C 1315.
Fig. 12-8. Los compuestos líquidos formadores de películas se deben aplicar con cobertura uniforme y adecuada sobre toda la superficie y bordes para obtener un curado prolongado y efectivo. (IMG12359)
Curado por Humedad Interna El curado por humedad interna se refiere a métodos que dan humedad desde el interior del concreto y no desde su exterior. Esta agua no debe afectar el agua inicial de la relación agua-cemento del concreto fresco. Los agregados finos ligeros (livianos de baja densidad) o partículas de polímeros absorbentes, con capacidad de retener una cantidad significativa de agua, pueden suministrar humedad adicional a los concretos propensos a auto-desecación. Cuando se hace necesaria una hidratación más completa en concretos con baja relación agua-cemento (alrededor de 0.30 o menos), 60 kg/m 3 a 180 kg/m3 (100 lb/yarda3 a 300 lb/yarda3) de agregado fino ligero saturado pueden suministrar humedad adicional para la continuación de la hidratación, resultando en un aumento de la resistencia y de la durabilidad. Todo el agregado fino de la mezcla se puede reemplazar por agregado fino ligero saturado, para maximizar la humedad interna de curado. El curado por humedad interna se debe acompañar por métodos de curado externos.
de compuestos de curado en áreas grandes. Estos equipos deben disponer de boquillas de rociado y parabrisas para prevenir la pérdida del compuesto, provocada por el viento. Normalmente se aplica sólo una capa lisa y uniforme en una tasa típica de 3 a 4 m 2 por litro (150 a 200 pies 2 por galón), pero como los productos varían, se deben seguir las tasas recomendadas por el fabricante. Si se necesitan dos capas para garantizar una cobertura completa y una protección efectiva, la segunda capa se debe aplicar en ángulo recto con respecto a la primera. Se debe lograr la cobertura completa de la superficie, porque aún los agu jeros muy pequeños en la membrana, pueden aumentar la evaporación de la humedad del concreto. Los compuestos de curado pueden prevenir la adhesión entre el concreto endurecido y el concreto fresco recién colocado. La mayoría de los compuestos no son compatibles con los adhesivos usados con los materiales para revestimiento de pisos. Consecuentemente, se debe ensayar su compatibilidad o no se deben usar estos compuestos, cuando sea necesaria una capa de revestimiento. Por ejemplo, un compuesto de curado no se debe emplear en la losa de base de un sistema de piso de dos capas. De la misma manera, algunos compuestos de curado pueden afectar la adhesión de la pintura del piso de concreto. Se deben consultar a los productores de compuestos de curado con el propósito de determinar si su producto es adecuado para la aplicación deseada. Los compuestos de curado deben ser uniformes y fáciles de conservar en una solución completamente homogénea. No deben escurrirse en los bordes o recogerse en las ranuras. Deben formar una película resistente para soportar el tránsito de la construcción sin dañarse, no deben amarillar y deben poseer buenas propiedades de retención de humedad.
Cimbras Dejadas en su Lugar Las cimbras (encofrados) ofrecen una protección satisfactoria contra la pérdida de humedad si se mantiene húmeda la superficie superior expuesta. La manguera de regar es excelente para esta finalidad. Se deben dejar las cimbras en el concreto el mayor tiempo posible. Se deben mojar las cimbras de madera dejadas en el concreto a través de rociado, especialmente durante el clima caluroso o seco. Si no se puede hacer esto, se deben retirar estas cimbras lo más pronto posible y se debe empezar otro método de curado sin retraso. Pueden ocurrir variaciones de color en las paredes, resultantes de las cimbras y del curado desigual. 266
Capítulo 12 ◆ Curado del Concreto
Curado a Vapor
80
El curado a vapor es ventajoso donde sea importante el desarrollo de resistencia temprana o donde sea necesario calor adicional para que se logre la hidratación, como en el caso del clima frío. Se usan dos métodos de curado a vapor: vapor directo (vivo) a presión atmosférica (para estructuras encerradas, coladas en obra y unidades grandes de concreto prefa bricado) y vapor a alta presión en autoclaves (para unidades prefabricadas pequeñas). Sólo el método de vapor directo a presión atmosférica se va a presentar aquí. Un ciclo típico de curado a vapor consiste en: (1) retraso inicial antes de la aplicación del vapor, (2) período de aumento de la temperatura, (3) período en que se mantiene constante la temperatura máxima y (4) periodo de disminución de la temperatura. La Figura 12-9 enseña un ciclo típico de curado a vapor atmosférico. El curado a vapor a presión atmosférica, generalmente, se hace en ambientes cerrados para minimizar la humedad y la pérdida de calor. Normalmente se usan lonas para crear un ambiente encerrado. La aplicación del vapor en ambientes encerrados se debe retrasar hasta el fraguado inicial o por lo menos 3 horas después de la colocación del concreto para permitir algún endurecimiento del concreto. Con un período de retraso de 3 a 5 horas antes de la aplicación del vapor, el concreto va a lograr la resistencia temprana máxima, como se puede observar en la Figura 12-10. La temperatura del vapor se debe mantener alrededor de 60°C (140°F) hasta que la resistencia deseada del concreto se haya desarrollado. La resistencia no va a aumentar significantemente si la temperatura máxima de
O
O
n , ó s i s 60 a r e r o o p d h m e 8 o m 1 c ú n a h e a o n i d a ó c i n r s t e u e s c 40 r i p s n e o m r o a c c l s a a a í a n d i 8 ó c i n c 2 e l a s t o l s e i s r a n e 20 R e %
0
C , o t n i c 60 e r l e n e r o p 40 a v l e d a r u t 20 a r e p m e T
0
Temp. reducida en 20OC (40 hasta que la temp. en el aire externo sea 10OC (20OF)
Aire externo a 10OC (50OF) 1
2
140 120 100
Vapor aplicado al recinto en una tasa de 10 a 20OC (20 a 40OF)/hr
80 60
3
0
160
4
5 10 15 20 Tiempo después de la colocación, horas
40 24
O
O
O
52 C (125 F)
Note: La temperatura de vapor aumentó 22OC (40OF)/hr hasta el máximo Cemento Tipo I ASTM
1
3 5 7 9 11 Periodo de retraso antes del vapor, horas 15
13 11 9 Periodo de vapor, horas
7
13
15
5
3
Fig. 12-10. Relación entre resistencia a 18 horas y el periodo de retraso antes de la vaporización. En cada caso, el periodo de retraso más el periodo de vaporización totalizaron 18 horas (Hanson 1963).
O
Temp. del vapor en el recinto mantenida en 60 OC (140OF), hasta que la resistencia deseada sea desarrollada
O
65 C (150 F)
17
Temperatura inicial del concreto = 21 C (70 F) O
O
Temperatura de vapor max. 80 C (175 F)
F , o t n i c e r l e n e r o p a v l e d a r u t a r e p m e T
O
1 Retraso inicial antes del vapor
3 a 5 horas 21 / 2 horas 3 Periodo de temperatura constante 6 a 12 horas* 4 Periodo de disminución de temperatura 2 horas 2 Periodo de aumento de temperatura
*Cemento de alta resistencia inicial o tipo III, más tiempo para otros cementos
Fig. 12-9. Un ciclo típico de curado atmosférico a vapor.
267
vapor se aumenta de 60°C a 70°C (140°F a 160°F). Se deben evitar las temperaturas de curado a vapor mayores que 70°C (160°F), pues no son económicas y pueden causar daños. Se recomienda que la temperatura interna del concreto no exceda 70°C (160°F) para evitar la expansión retardada por calor inducido y la reducción excesiva de la resistencia última. El uso de temperaturas mayores que 70°C (160°F) se debe demostrar seguro a través de ensayos o de datos históricos de campo. Las temperaturas del concreto normalmente se controlan en el extremo expuesto del elemento de concreto. El control de la temperatura del aire no es suficiente porque el calor de hidratación puede hacer con que la temperatura interna del concreto exceda 70°C (160°F). Además del desarrollo de resistencia temprana, hay otras ventajas del curado en temperaturas alrededor de 60°C (140°F) en comparación a concretos curados a 23°C (73°F) por 28 días, como por ejemplo reducción de la contracción (retracción) por secado y de la fluencia, (Klieger 1960 y Tepponen y Eriksson 1987). Se deben evitar velocidades elevadas de calentamiento y enfriamiento para prevenir daños causados por cambios de volumen. La temperatura en el ambiente cerrado circundante al concreto no se debe aumentar o disminuir más que 22°C a 33°C (40°F a 60°F) por hora, dependiendo del tamaño y de la forma del elemento de concreto.
Diseño y Control de Mezclas de Concreto
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La temperatura de curado en el ambiente cerrado se debe mantener hasta que el concreto haya logrado la resistencia deseada. El tiempo requerido va a depender de la mezcla de concreto y la temperatura de vapor en el ambiente (ACI Comité 517 1992).
aceite e infrarrojo se utilizan principalmente en la industria del concreto prefabricado.
TIEMPO Y TEMPERATURA DE CURADO El período de tiempo que se debe proteger el concreto de la congelación, temperaturas elevadas anormales y contra la pérdida de humedad depende de diversos factores: el tipo del material cementante usado, las proporciones de la mezcla, resistencia requerida, tamaño y forma del miembro de concreto, clima ambiente y condiciones de exposición futura. El periodo de curado puede ser de 3 semanas o más para concretos magros usados en estructuras masivas, tales como presas. Por otro lado, puede ser de sólo unos pocos días en mezclas ricas, especialmente si se emplean cementos de alta resistencia inicial, tales como el ARI, el tipo III (ASTM) y el HE (ASTM). Los periodos de curado a vapor normalmente son mucho más cortos, variando de algunas horas hasta 3 días, pero generalmente se usan ciclos de 24 horas. Como todas las propiedades del concreto se mejoran con el curado, el tiempo de curado debe ser lo más largo posible. En losas de concreto sobre el terreno (pisos, pavimentos, revestimiento de canal, parques y paseos (calzadas, caminos, paseos, andenes, veredas)) y en concreto estructural (paredes colocadas en obra, columnas, losas, vigas, zapatas pequeñas, estribos, muros de contención y tableros de puentes), el período de curado con temperaturas ambientes inferiores a 5°C (40°F) debe ser de por lo menos 7 días, pero un tiempo adicional se puede requerir para que se logre 70% de las resistencias a compresión o a flexión especificadas. Se debe seguir el ACI Comité 306, recomendaciones para el curado, cuando el promedio de la temperatura ambiente es 5°C (40°F) o inferior, para prevenir daños por congelación. Una temperatura de curado más elevada proporciona un desarrollo más temprano de la resistencia que una temperatura más baja, pero puede disminuir la resistencia a los 28 días, como se enseña en la Figura 12-11. Si se hacen pruebas de resistencia para establecer el tiempo de curado adecuado o cuando se pueden remover las cimbras, se deben producir, en la obra, cilindros o vigas de concreto representativos, manteniéndolos cerca de la estructura o pavimento que representan y curándolos con los mismos métodos. Están disponibles equipos que pueden controlar las temperaturas internas del concreto y coincidir con la temperatura de la caja de curado del cilindro de concreto. Ésta es la medida más precisa para representar las resistencias del concreto en la obra. También se puede hacer uso de corazones (testigos), cilindros removibles colados en la obra y métodos de ensayos no-destructivos para determinar la resistencia de los elementos de concreto. Como la velocidad de hidratación se influencia por el tipo de cemento y la presencia de material cementante suplementario, se debe prolongar el tiempo de curado de
Mantas o Cubiertas Aislantes Capas de material seco y poroso, tales como paja o heno se pueden utilizar para proporcionar aislamiento contra la congelación del concreto, cuando las temperaturas caen para menos de 0°C (32°F). Las cimbras (encofrados) se pueden aislar económicamente con mantas comerciales o con material aislante que tienen una cobertura impermeable resistente. Las mantas aislantes adecuadas se producen con fibras de vidrio, hule, esponja, fibras de celulosa, lana mineral, espuma de vinilo y espuma de poliuretano de celdas abiertas. Cuando se usan cimbras aisladas, se debe tener cuidado para prevenir que las temperaturas del concreto no se vuelvan elevadas. Las lonas con estructura de marcos, películas de polietileno reforzado u otros materiales se pueden colocar alrededor de la estructura y se pueden calentar a través de calentadores de espacio o vapor. Calentadores hidrónicos portátiles se usan en subrasantes congeladas, bien como calientan el concreto sin la utilización de ambientes cerrados. El curado del concreto en clima frío debe seguir las recomendaciones del Capítulo 14 y del ACI 306 (1997), Colocación de Concreto en Clima Frío (Cold-Weather Concreting). Las recomendaciones para el curado del concreto en clima caluroso se encuentran en el Capítulo 13 y en el ACI 305, Colocación del Concreto en Clima Caluroso (Hot-Weather Concreting).
Curado Eléctrico, con Aceite, Microondas y Rayos Infrarrojos Los métodos eléctricos, con aceite caliente, microondas e infrarrojo están disponibles desde hace muchos años, tanto para el curado normal como para el curado acelerado del concreto. Los métodos de curado eléctricos incluyen una gran variedad de técnicas: (1) uso del propio concreto como conductor eléctrico, (2) uso del acero del refuerzo como elemento calentador, (3) uso de un alambre especial como elemento de calefacción, (4) mantas eléctricas y (5) uso de cimbras de acero calentadas eléctricamente (actualmente el método más popular en los EE.UU.). La calefacción eléctrica es especialmente útil en la colocación en clima frío. El aceite caliente se lo puede hacer circular a través de las cimbras metálicas para calentar el concreto. Los rayos infrarrojos y las microondas tienen su empleo limitado al curado acelerado. El curado por los métodos infrarrojos es normalmente bajo una cubierta en la cimbra metálica. Los métodos eléctricos, con 268
Capítulo 12 ◆ Curado del Concreto
rrollo de la resistencia, lo que puede disminuir el tiempo de curado, pero se debe mantener una temperatura mínima de 10°C (50°F). Para que se logre una resistencia adecuada a los descongelantes, el tiempo mínimo de curado normalmente corresponde al tiempo necesario para el desarrollo de la resistencia de proyecto en la superficie. Un período de secado al aire, posterior al curado, va a aumentar la resistencia al descascaramiento. El período de secado debe ser, por lo menos, de 1 mes de clima relativamente seco, antes de la aplicación del descongelante.
Temperatura de curado, OF 40
60
80
100
120 6
400
28 días
5 2
m c 300 / g k , n ó i s e r p m o c a a i 200 c n e t s i s e R
MPa = 10.2 kg/cm 2
4
3
1 día
2
2
g l u p / b l 0 0 0 1 , n ó i s e r p m o c a a i c n e t s i s e R
100 1
10
20 30 40 Temperatura de curado, O C
50
0
Fig. 12-11. La resistencia a un día aumenta con el aumento de la temperatura de curado, pero la resistencia a los 28 días disminuye con el aumento de esta temperatura (Verbeck y Helmuth 1968).
concretos con materiales cementantes que tengan características de desarrollo lento de resistencia. En concreto masivo (pilares grandes, esclusas, estribos, presas, cimentaciones pesadas, columnas masivas y vigas de transferencia) que no posea puzolana como parte del material cementante, el curado de áreas sin armadura se debe proceder durante por lo menos 2 semanas. Si el concreto masivo contiene puzolana, el periodo mínimo de curado de áreas sin armadura debe ser de 3 semanas. Se debe curar al concreto masivo densamente reforzado (armado) por un periodo mínimo de 7 días. Durante el clima frío, normalmente se requiere calor adicional para que se mantenga una temperatura favorable de 10°C a 20°C (50°F a 70°F). Se pueden utilizar calentadores de combustión a gas o petróleo, espirales de calentamiento, calentadores portátiles hidrónicos o vapor directo para suministrar calor. En todos los casos, se debe tener cuidado para evitar la pérdida de humedad del concreto. Se debe evitar la exposición del concreto fresco a los gases de escape de calefacción o de motor, pues pueden deteriorar la superficie del concreto y facilitar el aparecimiento de polvo (carbonatación rápida). El concreto de alta resistencia inicial se puede usar en clima frío para acelerar el tiempo de fraguado y el desa-
COMPUESTOS SELLADORES Los compuestos selladores (sellantes) son líquidos aplicados a la superficie del concreto endurecido para reducir la penetración de líquidos o gases, tales como agua, soluciones de descongelantes y dióxido de carbono que causan daños por congelación-deshielo, corrosión de la armadura y ataque ácido. Los compuestos selladores se usan también en losas de pisos internos para reducir el aparecimiento de polvo y la absorción de grasas, además de tornar la limpieza de la superficie más fácil. Los compuestos selladores se diferencian de los compuestos de curado por su función y, por lo tanto, no se los debe confundir como siendo lo mismo. El objetivo principal de los compuestos de curado es la reducción de la pérdida de agua del concreto recién colocado y se los aplican inmediatamente después del acabado. Por otro lado, los compuestos selladores de superficie disminuyen la penetración de sustancias perjudiciales en el concreto y habitualmente no se los aplican antes que el concreto tenga 28 días de edad. Normalmente se clasifican como formadores de película o penetrantes. La selladura del concreto exterior es un procedimiento opcional normalmente conducido para ayudar a proteger el concreto contra la congelación-deshielo y los daños causados por la penetración de los cloruros de los descongelantes. El curado no es opcional cuando se usa el sellador, pues es necesario para que las propiedades deseadas se desarrollen, permitiendo que el concreto desempeñe adecuadamente sus funciones. El desempeño satisfactorio del concreto en áreas externas depende principalmente de un sistema de vacíos de aire adecuado, resistencia suficiente y el uso de técnicas adecuadas de colocación, acabado y curado. Sin embargo, ni todos los concretos satisfacen estas condiciones y, por lo tanto, los selladores de superficie pueden ayudar a mejorar su dura bilidad. Los compuestos selladores formadores de película permanecen sobre la superficie y sólo una pequeña cantidad de material penetra en el concreto. Su estructura molecular relativamente grande es lo que limita su capacidad para penetrar en la superficie. Su disolución en solventes no va a aumentar su capacidad de penetración. Estos materiales no sólo reducen la penetración del agua
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Diseño y Control de Mezclas de Concreto
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sino también protegen el concreto contra productos químicos agresivos y previenen la absorción de grasa y aceite, e incluso reducen la formación de polvo bajo el tráfico de peatones. Los selladores consisten en resinas acrílicas, hules coloreados, uretanos, epoxies y alfa metil estireno. La eficiencia de los selladores formadores de película depende de la continuidad de la camada formada. Las gravillas abrasivas y el tráfico pesado pueden dañar la camada, siendo necesario reaplicar el material. Consulte las recomendaciones de aplicación de los productores, porque algunos de estos materiales se indican sólo para el uso en áreas internas y pueden amarillarse y deteriorarse si son expuestos a los rayos ultravioleta. El sellador penetrante que se usa más extensivamente desde hace muchos años es una mezcla de 50% de linaza hervida y 50% de alcohol mineral (AASHTO M 233). Esta mezcla es eficiente, pero tiene dos desventajas: oscurece el concreto y se hace necesaria su reaplicación periódica para una protección por un largo periodo. La nueva generación de selladores penetrantes repelentes al agua tiene un tamaño molecular bien pequeño, que permite la penetración y la saturación del concreto 1 hasta una profundidad de 3 mm ( ⁄ 8 pulg.). Los dos compuestos más comunes son el silane y el siloxane, los cuales se derivan de la familia del silicón. Estos selladores permiten que el concreto respire, previniendo el aumento de la presión de vapor entre el concreto y el sellador, que puede ocurrir en materiales formadores de película. Como el sellador está embebido en el concreto, tornándolo más resistente a las fuerzas abrasivas o a la deterioración ultravioleta, su protección puede durar por más tiempo que los selladores formadores de película. Sin embargo, se recomienda su reaplicación periódica. En regiones costeras o muy frías, los silanes y los siloxanes son populares para la protección de tableros de puentes y otras estructuras externas contra la corrosión de la armadura, causada por la infiltración de los cloruros de los descongelantes o rociado del agua del mar (Fig. 12-12). La aplicación de cualquier sellador se debe hacer sólo en el concreto limpio y se lo debe dejar secar por lo mínimo 24 horas a temperaturas mayores que 16°C (60°F). Un período de 28 días debe pasar antes que se aplique un sellador sobre una superficie de concreto nuevo, pues los selladores penetrantes no pueden llenar los vacíos de la superficie si ya están llenos de agua. Se hace necesaria una preparación de la superficie, si el concreto es viejo y sucio. El concreto colocado a final del otoño no se debe sellar hasta la primavera, porque el sellador puede hacer que el concreto retenga agua, aumentando los daños por congelación-deshielo. Las precauciones presentadas anteriormente acerca del uso de solventes volátiles en compuestos de curado también se aplican a los compuestos selladores. La eficiencia de los selladores a base de agua aún está siendo estudiada. La resistencia al descascaramiento propor-
Fig. 12-12. Los selladores penetrantes ayudan a proteger la armadura de acero, en tableros de puentes, contra la corrosión debida a la infiltración de cloruros, sin reducir la fricción (atrito) de la superficie. (IMG12358)
cionada por los selladores se debe determinar a través de los criterios de la ASTM C 672. Para más informaciones sobre compuestos selladores, consulte la AASHTO M 224, ACI comité 330 y ACI comité 362.
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Capítulo 12 ◆ Curado del Concreto
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