Curado Curado en el concreto
Co n c e p t o s . Cu Cu r a d o d e p a s t a d e c e m e n t o . E v a p o r a c i ó n d e l a g u a . P r e d i c ci ci ó n d e l a r e s i s t e n c i a .
Conceptos Referencia Edited by John Newman (Imperial College, London ) and Ban Seng Choo (Napier University, Edinburgh). Advanced Concrete Technology. Concrete Properties. Bryan Marsh (Arup Research and Development, London). 3. Curing. Elsevier Ltd. 2003.
El curado Se define el curado como el proceso de prevención de la pérdida de humedad del conc concret ret o mient mient ras mant mant iene un régimen sat isf actor io de temperat ura . La humedad, el calor y el tiempo, tie mpo, son los elementos importantes a considerar en el proceso de curado del concreto. Los propósitos del curado permiten al concreto: prevenir un secado prematu ro, no ser afectado por lluvia y flujos de agua, rápido enfriamiento durante los primeros días, previenen altos gradientes de temperatura, protegen de bajas temperaturas, facilitan la adherencia al refuerzo. Busca el curado: convertir la superficie en un concreto fuerte, impermeable, libre de grietas, y duro. Para ello el concreto se mantiene saturado, o lo mejor posible, el tiempo suficiente para que los espacios originales llenos de agua, se completen con la extensión deseada de productos de hidratación del cemento. La profundidad de la zona de curado puede ser de 20 mm en climas templados, hasta 50 mm en condiciones áridas. Ello ayuda a proteger los efectos de abrasión, y de corrosión en el refuerzo. 1
La tasa de pérdida de agua durante las primeras horas del curado, es similar a la de cualquier superficie húmeda, pero disminuye cerca de la superficie en climas templados. La humedad relativa dentro del concreto puede ser medida usando sensores electrónicos.
Métodos de curado Aplicados in situ, los métodos más comunes de curado son los siguientes: •
Conservación del encofrado. Facilita introducir agua entre el encofrado y e l concreto.
•
Cobertura de la superficie, para superficies horizontales.
•
Rociado con agua.
•
Empozado con agua.
•
•
•
Cubierta con arena, tierra, algodón, virutas, o material absorbente humedecido. Podrían no evitar el agrietamiento. Aplicación de una membrana de curado, en la forma de resinas sintéticas, ceras o solventes volátiles. Cobertura con material impermeable, ligero y flexible. El retiro temprano puede dañar la superficie.
Diferentes factores influyen en el proceso de curado (hu hume medad dad ambient ambient al, la proporción ag agua/ce ua/ceme mento, nto, poros porosidad, idad, t em emperat perat ura, vi en entt o, el t ipo de ), por lo que es difícil definir el conc co ncret ret o, los adit ivos, la r azón del cur cur ado ), mejor método. Sin embargo, el rociado y el empozado permiten el ingreso del agua en el concreto, y previenen o reducen la pérdida de humedad. En general, el curado resulta importante en: (a) superficies horizontales, (b) condiciones ambientales secas, calientes, ventosas, (c) pisos resistentes, (d) concreto de alta resistencia. También en resistencia a la abrasión, o en el acabado de la superficie.
Madurez Este concepto es usado para predecir la tasa de resistencia del concreto, desarrollada a diferentes temperaturas. La tasa de ganancia de resistencia del concreto depende de la velocidad de reacción del cemento y de las adiciones de agua. Es aceptado que la tasa de reacción depende de la temperatura de reacción. Las mayores temperaturas de reacción ganan resistencia más rápidamente. emperat perat ura – t iempo En consecuencia, requiere del conocimiento de la rel ación t em para hacer esta predicción en especímenes de laboratorio curados bajo condiciones estándar. Se le calcula como la suma del producto de la temperatura (por encima de aquella en que cesa la hidratación) y el tiempo sobre el cual prevalece la temperatura.
∆ ℎ =
°
La madurez también depende del tipo de cemento empleado, la relación agua/cemento y de posibles pérdidas de agua durante el curado. Por ejemplo, pueden alcanzarse mayores resistencias con el tiempo con el uso de concreto puzolánico.
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También el concepto de madurez se relaciona directamente con aspectos de la durabilidad.
Durabilidad El concreto se deteriora con el tiempo de diferentes maneras, debido a ser vi cio es reacciones con el ambiente, o por razones internas. Su capacidad de ser el conc concept ept o que que mej mej or mide la durabil idad. út il (que describe la durabilidad del concreto) se La vida de servicio o vida út dur ante el cual cual el concret concret o sat sat isf ace los define como el t iempo dur r eque equerr imi ent os de desempeñ desempeño. o. Estos requerimientos pueden ser de diferente índole, como la carga que debe soportar, pero también pueden agregarse otros como: estética, confiabilidad o deterioro aparente.
Aspectos para considerar Las investigaciones sobre la influencia del curado han sido efectuadas en resume n las observaciones de tal especímenes pequeños . En la referencia, se resumen influencia en estructuras reales , y su vínculo con la durabilidad . Influencia del curado in situ en la durabilidad Criterio de desempeño
¿Influencia demostrable del curado?
Influencia en la durabilidad
Comentarios
Resistencia a la carbonatación
Sí
Incrementa
No hay mejora significativa si el curado excede los 7 días.
Resistencia a la abrasión
Si
Incrementa
El acabado de la superficie parece tener más influencia que el curado.
Resistencia a los sulfatos
Si
Disminuye
La exposición inicial al aire mejora el desempeño.
Otras resistencias
Si
Ninguna
Datos insuficientes. Exposición de aire temprana podría tener 3
Influencia del curado in situ en la durabilidad Criterio de desempeño
¿Influencia demostrable del curado?
Influencia en la durabilidad
Comentarios
efectos benéficos.
químicas Contracción plástica
Sí
Incrementa
Factor significativo en reducir el riesgo del agrietamiento.
Desempeño estructural
Si
Ninguno
Datos insuficientes. No parece tener efectos significativos.
Resistencia al congelamientodescongelamiento
No
Ninguna
Datos insuficientes. No parece mejorar en el largo plazo.
Penetración de Penetración cloritos
No
Ninguna
Datos insuficientes. No parece mejorar en el largo plazo.
Reacción alcalina y sílice
No
Ninguna
Datos insuficientes. No parece tener efectos significativos.
Impacto a la resistencia
No
Ninguna
No hay datos. Pero está ligado a la resistencia a la abrasión.
Atmósfera
No
Ninguna
Datos insuficientes. Teóricamente, podría mejorar el desempeño.
Deformación interna
No
Ninguna
No es factor significativo en reducir el riesgo de agrietamiento.
Contracción al secado
No
Ninguna
Con excepción de losas delgadas expuestas. No es factor significativo en reducir el riesgo de agrietamiento.
Curado de pasta de cemento Referencia Dale P. Bentz (Chemical Engineer) and Paul E. Stutzman (Physical Scientist). Curing, Hydration, and Microstructure of Cement Paste. ACI Materials Journal, Vol 103, N° 5. September-October 2006. El artículo reporta las características de hidratación y micro-estructura de pastas de cemento con relaciones agua/cemento de 0.35 y 0.435, las cuales han sido ación ión curadas bajo diversas condiciones saturadas y selladas. El grado de hidrat ac es cuantificado por pérdida de ignición (LOI). La microestructura está referida a estt ruct uras de de poros , y en las pastas hidratadas son evaluadas con un las es microscopio micros copio de esc escane aneo o elect elect rónico y un calor calor ímetr o de baj a t em emperat perat ura . Los especímenes con agua/cemen agua/cementt o de 0.35 , curados bajo condiciones selladas, 4
primero forman un sistema de poros capilares discontinuos, qu e posteriormente se conectan por efecto de la desecación des ecación y la contracción interna. A su vez, en los especímenes con agua/ceme agua/cement nt o de 0.435 , hay indicios de una discontinuidad temprana de los poros que son saturados al comienzo del curado, pero sin un consecuente llenado. Los resultados sugieren que el c urado para resistencia, y el curado para durabilidad, pueden requerir diferentes prácticas, en el ánimo de obtener las propiedades óptimas del concreto.
Introducción Una pasta de cemento, mortero, o concreto curado bajo condiciones selladas, se desecará con la creación de poros capilares gruesos dentro de la microestructura. Esto ocurre aún con relaciones agua/cemento del orden de 0.42, que teóricamente no tendrían necesidad de ag ua adicional. El curado de concretos recientes de alto desempeño es todavía crítico y difícil, produciéndose agrietamientos tempranos, de ahí que se están buscando curados internos para evitar o reducir tales grietas. A su vez, con el método tradicional de curado es muy difícil evitar evi tar el desarrollo de poros capilares gruesos en pastas bajas en agua/cemento.
Experimentación Fueron empleadas tres condiciones de curado para las pequeñas muestras estudiadas (de 5 g, 32 mm de diámetro, y de 2 a 5 mm de espesor), las cuales fueron colocadas en depósitos de plástico. Después de 4 horas de curado, el agua saliente o exudada fue retirada usando una pipeta. Después de ello, se actuó según el tipo de curado. En el curado saturado , fue colocada una pequeña curado rado sell ado se cerraron las cubiertas de cantidad de agua destilada. En el cu plástico. En el curado sellado/saturado , las muestras fueron curadas bajo condiciones selladas durante 7 días, luego se abrieron las cubiertas de plástico, y fue agregada agua destilada. El curado fue efectuado en ambiente temperado de 20°C. A diferentes edades entre 1 a 256 días, las muestras fueron retiradas de sus depósitos, y partidas en piezas pequeñas. Algunas de éstas, pasaron por el escaneo electrónico y el calorímetro. Las otras, fueron molidas para la medición de su hidratación.
Grado de hidratación
El agua no evaporada de cada muestra molida, f ue determinada por la pérdida de masa entre 105 a 1000°C dividida entre la masa bajo ignición, y un factor de 5
conversión. Los resultados se muestran en la figura con las siguientes observaciones. •
•
•
El mayor grado de hidratación para a/c=0.435 es debido tanto al mayor contenido de agua como al mayor espacio disponible para e l crecimiento de los productos de hidratación. Para ambas relaciones de a/c, el curado por sellado resulta en un menor grado de hidratación a edades tardías. La condición de curado sellado/saturado, tiene un comportamiento similar a la condición de curado saturado.
Escaneo electrónico Las pequeñas piezas, de 2 a 3 mm en tamaño, fueron separadas y almacenadas en etanol para reemplazar el agua remanente en los especímenes. Estos fueron preparados para vistas ampliadas de 500x en un microscopio de escaneo electrónico. Las imágenes de las microestructuras fueron adquiridas después d e 92 días de curado. Se estimaron las fracciones de área de: porosidad capilar, hidróxido de calcio, silicato de calcio, gel hidratado entre otros productos de hidratación, así como cemento sin hidratar.
Los grados de hidratación obtenidos por el escaneo electrónico son ligeramente más altos que aquellos determinados por el m étodo de ignición, posiblemente por
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la presencia de pequeñas partículas no hidratadas de cemento, difíciles de identificar en las imágenes escaneadas.
Evaporación del agua Referencia Kenneth C. Hover (Cornell University, Ithaca, New York). Evaporation of Water from Concrete Surfaces. ACI Materials Journal. Vol 103, N° 5, September-October 2006.
El nomograma o ábaco del ACI (una versión anterior muy similar data de 1960, del National Ready Mixed Concrete Association) es usado extensamente para estimar la influencia de los efectos combinados de aire y temperatura del concreto, humedad relativa, y velocidad del vie nto. Se trata de la representación gráfica de ecuaciones, cuyas bases se exploran en el artículo, to mando como referencia su
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origen desde hace más de 200 años, y que en su forma actual ha considerado las tasas de evaporación observadas en el lago Hefner en Oklahoma, de 1950 a 1951.
Introducción En 1802, el químico inglés John Dalton planteó la relación general siguiente: la tasa de evaporación depende de la diferencia entre la presión del vapor de agua ag ua en la superf superf ici e de evaporación , y la presión del vapor de agua en el air e encima encima de esa esa superf superf ici e , y será posteriormente influenciada por l a velocidad veloc idad del viento que lleva lejos las moléculas de agua evaporadas. Diversidad de ecuaciones empíricas han sido elaboradas a partir de las relaciones de Dalton, hasta llegar a las del ACI segú n el nomograma conocido. El antecedente más resaltante del gráfico es que fue originalmente planteado para predecir la tasa de evaporación de agua de una superficie libre de 2m por 0.6 m.
Conclusión Conocidos los requerimientos para aplicar el nomograma, y revisadas las investigaciones precedentes, el autor del artículo concluye lo siguient e. Pese a las discusiones alrededor del ábaco, y de sus 200 años en alcanzar su desarrollo, se trata de una herramienta útil cuando es usada en forma apropiada. Esta se refiere al acopio de datos válidos, lo cual corresponde a un estimado razonable del potencial de evaporación del ambiente de la construcción. Cuando los datos son recogidos fuera del lugar, o reconst ruidos después del hecho, los valores que se obtienen ti enen una dudosa relación con los valores reales.
Pr edicción de la resistencia Resistencia Seong-Tae Yi (Chung Cheong University, South Korea), Young-Ho Moon (Korea Institute of Science and Technology Information, South Korea), and Jin-Keun Kim (Korea Advanced Institute of Science and Technology, South Korea). Long-term strength prediction of concrete with curing temperature. Science Direct. Cement and Concrete Research 35 (2005). Elsevier Ltd. En el artículo se propone una ecuación de predicción de resistencia, la cual utiliza las temperaturas de curado. Se em plearon datos disponibles en la literatura, convertidos en resistencia a los 28 días para 8 rangos de temperatura de curado entre -0.6 a 59.7°C. Se introdujeron e n la ecuación factores que dependen de la temperatura de curado, como la tasa constante de ésta, la resistencia límite, y el coeficiente de reacción. Para la verificación, se utilizó un análisis de regresión, que conduce a u na alta confiabilidad del modelo para la resistencia a largo plazo.
Introducción El artículo es parte de los esfuerzos por investi gar la influencia combinada del tiempo y la temperatura del curado, en el desarrollo de la resistencia a la compresión del concreto. En términos generales, el ef ecto de la temperatura de curado en esta resistencia decrece con la edad; sin embargo, en la predicción hay que tomar en cuenta a la madurez, la cual es un valor independiente de la edad.
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Madurez El concepto de madurez en relación con la resistencia del concreto es definido como co mo el pr oduc oductt o de de la t empe emperat rat ura f un unción ción del del t iempo . Se basa en la suma de temperaturas históricas, en la forma:
( )
=
0
Se trata de M a la edad t. H(T) es la función temperatura de la madurez. T es la temperatura de curado, y dt es el intervalo de tiempo. Algunas veces la madurez es representada como un equivalente de la edad, te. Representa la edad a una temperatura temp eratura de curado de referencia Tr, y puede ser escrito como:
∫ =
0
( )
( )
Resistencia a la compresión
Los primeros esfuerzos por rel acionar la madurez con la r es esist ist en encia cia , fueron expresados en la forma:
=
+
Donde Sp es la predicción de la resistencia, M s es la madurez, a y b son constantes. La hidratación del cemento ocurre al principio por la reacción química ent re el agua y el cemento en la superficie, y después, por la difusión y penetración del agua . Para incluir esto último, fue sugerida –entre otras-, la relación empírica siguiente.
− (
)
= (1
)2
Donde S es la resistencia a la compresión del concreto a la edad t. Su es la resistencia límite, y k es una tasa constante influenciada por la temperatura de curado.
Modelo propuesto Los autores introducen una f unc uncii ón de r es esii stencia f (S (S)), adoptan la tasa constante k, y expresan la tasa de incremento de la resistencia en la forma:
=
( )
Para considerar el efecto de difusión, tambié n introducen el efecto de reacción r eacción r , que aunque estrictamente es una función de la temperatura de curado, en el estudio se acepta como constante (con valores entre 1 y 2 –en la expresión ex presión precedente, este valor es 2-). Para completar el modelo, la función de resistencia es expresada como:
− ( )=
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Al hacer los reemplazos e integrar, la ecuación de res istencia resulta:
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� − − − ( )=
1
1
[1 + (
1)
]
1
1
Donde SuT es la resistencia límite, kT es la tasa constante, r T es el coeficiente de reacción, a la temperatura de curado T. El estudio compara los resultados del modelo propuesto con resultados experimentales (usando análisis de regresión), y los que se obtienen de modelos previos. Manifiestan en la conclusión que la confiabilidad de la ecuación propuesta fue mayor que la obtenida de modelos existentes, especialmente después de los 28 días.
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