3.4. LA ESTRUCTURA DEL CONCRETO
La estructura del concreto está constituida por tres componentes: el areado! la pasta de cemento "idratada # la $ona de transici%n entre la pasta # el areado. &ara &ara una una me'o me'orr comp compre rens nsi% i%n n de esto estos s tres tres comp compon onen ente tes s del del conc concre reto to!! "aamos un análisis de su estructura. El concreto tiene una estructura altamente "etero(nea # comple'a por lo )ue resulta mu# di*+cil predecir con e,actitud # seuridad su comportamiento *uturo! conociendo )ue esta estructura no se mantiene esta-le! de-ido a )ue la pasta de cemento # la $ona de transici%n eolucionan con el tiempo! la "umedad # temperatura )ue le rodean La estructura del concreto está constituida por los elementos ruesos! )ue pued pueden en ser ser perc percii-id idos os por por el o'o o'o "uma "umano no!! /el /el l+mi l+mite te de dete detecc cci% i%n n del del o'o o'o "umano es de 0.1 mm2 # se le denomina ACROESTRUCTURA la estructura total! # CROESTRUCTURA a la )ue está constituida por los elementos )ue re)uieren de la aplicaci%n microsc%pica para ser o-serada.
Si o-seramos la secci%n transersal de la masa de concreto e,puesta en la 5iura! podemos er # di*erenciar las part+culas del areado de di*erentes dimensiones # la masa )ue los alutina! compuesta por el "asta de cemento "idratada endurecida Si partimos del principio )ue las propiedades del concreto pueden modi*icarse "aci(ndole los cam-ios adecuados a su estructura interna en *unci%n de las cualidades )ue se e,ien para "acerlo resistente a la aresi%n de los aentes e,ternos! se "ace necesario conocer primero su microestructura # despu(s otros *actores in*lu#entes en sus propiedades *inales! para podes e'ercer esas acciones de cam-ios deseados.
3.4.6 La icroestructura del Concreto La microe microestr struct uctura ura del concre concreto to es la estruc estructur tura a materi material al en estado estado s%lido s%lido enerada por el *rauado del cemento # cu#os tama7os son in*eriores a 0.10 mm. &or lo )ue la microestructura es la *ase s%lida! n la )ue el concreto "a lorado un desarrollo mecánico de-ido al estado aan$ado de las reacciones )u+micas del cemento con el aua! produci(ndose una cierta riide$ con*erida por los nueos productos )ue se eneran
Las caracter+sticas de la microestructura del concreto están relacionadas con la porosidad de la pasta de cemento endurecida! la cone,i%n entre poros! la distri-uci%n de sus tama7os! capacidad para el transporte de *l uidos! relaciones # e)uili-rios entre los di*erentes productos de "idrataci%n! la naturale$a de la inter*ase entre la pasta "idratada # el areado! as+ como otros *actores. Los estudios de la microestructura del concreto pueden llear a ser mu# comple'os! en dependencia de lo )ue se desea lorar. En *unci%n de los o-'etios )ue se re)uieran o-tener podrán usarse distintas t(cnicas # sistemas! tales como: microscopia %ptica! microscopia electr%nica /de -arrido conencional! de -arrido am-iental! etc.2 "asta procedimientos para reprodu'e en computadoras los procesos de "idrataci%n del cemento! por el uso de modelos matemáticos -asados en la teor+a de *ractales El estudio de la microestructura del concreto tiene ran importancia para el conocimiento de su dura-ilidad! en tanto )ue: 62 De*ine el comportamiento mecánico del concreto /resistencia! tenacidad! etc.2 12 Dimensiona los procesos de transporte de *luidos en el concreto! lo )ue repercute en: 1.6. 5uncionalidad: mpermea-ilidad! estan)ueidad del concreto 1.1. Dura-ilidad: Acceso de sustancias aresias a los componentes del concreto 32 De*ine la reoloia del concreto: contracci%n! *luencia! etc. 3.4.1. La &asta de Cemento 8idratada. Su &orosidad El cemento an"idro al ponerse en contacto con el aua reacciona )u+micamente! produci(ndose una serie de nueos componentes "idratados! dic"os componentes se desarrollan en *orma tal )ue esta-lecen una determinada microestructura )ue se mani*iesta por el crecimiento! la u-icaci%n # la relaci%n entre los cristales )ue se *orman. Este *en%meno está en un 9e)uili-rio dinámico )ue se trans*orma con el tiempo! en *unci%n del rado de "idrataci%n. Los poros )ue se eneran en esta microestructura se denominan 9poros del el Analicemos arios *en%menos )ue os permitan conocer con ma#or detalle la estructura interna del concreto! partiendo de los componentes )u+micos del cemento an"idro! sus reacciones con el aua # las caracter+sticas *inales de cemento endurecida. 3.4.3. Composici%n del Cemento An"+drido e 8idratado La composici%n )u+mica del cemento an"idro! está constituida por cuatro componentes -ásicos. •
Silicato tricalsico /SC32 Conocida como alita! en un contenido del 4; al <0=
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Silicato dicalsico /SC12 Conocida como elita! en un contenido del 6; al 30= Aluminato tricalsico /AC32 en un contenido del < al 61= 5erro aluminato tetracalcico /A5C42 en un contenido del < al >=
Estos componentes a entra en contacto con el aua! reaccionan # oriinan los siuientes compuestos )u+micos: •
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Silicatos cálcicos "idratados /S?C?82 *ormado por una 9masa sin una estructura cristalina mu# desarrollada! constitu#endo del ;0 al <0= del olumen de solidos de una pasta de cemento &ortland completamente "idratada! siendo el más importante de todos l os compuestos 8idr%,ido de calcio /C82 Conocido como &ortlandita! )ue cristali$a con cristales "e,aonales -ien de*inidos! constitu#e del 10 al 1;= del olumen de la pasta "idratada.
En contraste con el S! C! 8! el "idr%,ido de calcio Ca/O821 es un compuesto con una este)uiometria de*inida. Comparado con el S?C?8! el potencial de contri-uci%n a la resistencia del "idr%,ido de calcio de-ido a las *uer$as de @an del aals es limitado! como resultado de un área super*icial considera-lemente menor. Es importante conocer )ue una cantidad considera-le de "idr%,ido de calcio en el cemento &ortland "idratado tiene un e*ecto aderso en la dura-ilidad )u+mica *rente a las soluciones acidas! de-ido a )ue es ma#or la solu-ilidad del "idr%,ido de calcio! )ue a del S! C! 8. •
Sul*oaluminato de Calcio! tam-i(n llamado Ettrinita! está presente en la masa de la pasta "idratada en un 6; al 10= # se mani*iesta en *orma de cristales planos "e,aonales # 'uean un papel menor en las relaciones estructura?propiedades. La presencia del "idrato e mono sul*ato C4AS86> en el concreto de cemento &ortland! lo "ace más ulnera-le al ata)ue de los sul*atos.
Es posi-le )ue cierta cantidad de ranos de cemento sin "idratar )uede en la microestructura de la pasta de cemento "idratada en un laro tiempo despu(s de la "idrataci%n. La estructura de los productos "idratados de la pasta de cemento como se "a e,presado no permanecen! ni estática! ni constante! a lo laro del tiempo. Se "a demostrado )ue la dinámica de reacci%n de cada uno de os compuestos as+ como su repercusi%n en el *rauado! endurecimiento! permea-ilidad # porosidad del concreto es como se muestra en la *iura
B. L. SBR@ENER descri-i% el desarrollo de la microestructura del el! de acuerdo con los pasos siuientes: /5URA2
Estado a: rano de cemento no "idratado. Contiene arte de cada uno de los componentes mineral%icos
Estado -: A los 60 minutos del comien$o de "idrataci%n. El sul*ato cálcico se "a disuelto en el aua pr%,ima al rano # posteriormente! reacciona con el aluminato *ormando Ettrinita. Se *orma un e amor*o! rico en aluminato e la super*icie del rano. &e)ue7as au'as de aluminato se colocan tanto en el -orde del el como en la disoluci%n.
Estado c: A las 60 "oras. La reacci%n del C3S da luar a la *ormaci%n de una capa de S? C?8 e,terior )ue se apo#a en los cristales de Ettrinita! de'ando un espacio de apro,imadamente! 6 um respecto a la super*icie del rano. Se produce el *rauado.
Estado d: A las 6> "oras. Se produce una seunda "idrataci%n del aluminato! oriinando otra e$ la aparici%n de au'as de Ettrinita! pero su *orma es a"ora muc"o más alarada )ue antes. Comien$a la *ormaci%n de una capa interior de S?C?8! a partir de la "idrataci%n de los silicatos. Comien$a el proceso de endurecimiento.
Estado e: Entre 6 # 3 d+as el aluminato reacciona con la Ettrinita )ue se encuentra en la capa e,terna del el! dando orien a cristales "e,aonales de mono sul*atos A*m. Además! contina el desarrollo de la capa interior del el S?C?8 con lo )ue a disminu#endo paulatinamente a distancia entre la 9capa e,terna # la super*icie del rano /#a "idratado en parte2
Estado *: A los 64 d+as se "a *ormado #a su*iciente S?C?8 en la capa interior como para rellenar # "acer desaparecer el "ueco entre el rano # la capa e,terior. El el de esta ltima capa se "a conertido en más *i-roso.
Estado : Despu(s de arios a7os. El material an"idro a reaccionando lentamente mediante mecanismos de disoluciones s%lidas! para *ormar S?C?8 adicional en la $ona interna
De acuerdo con el proceso antes descrito por SBR@ENER B.L. e,isten dos tipos de "idrataci%n: a2 La "idrataci%n interior )ue tiene luar dentro de la capa e,terior de S?C? 8 )ue se encuentra en la *ase c # )ue se desarrolla en el espacio oriinal ocupado por las part+culas de cemento. -2 La "idrataci%n e,terior! ocurre en el espacio inicialmente ocupado por el aua # )ue es consecuencia de las *ormaciones cristalinas! eneralmente a circulares o *i-rosas suridas "acia el e,terior de las part+culas de cemento. La "idrataci%n e,terior es la )ue se enera el crecimiento de olumen )ue se produce en el cemento al "idratarse. &or e'emplo una part+cula de cemento completamente "idratada tiene un olumen aparente de unas 1.1; eces su olumen inicial. Esto se de-e en parte a las di*erentes densidades de los productos de "idrataci%n! # tam-i(n de manera *undamental a la aparici%n de espacios internos )ue se oriinan como consecuencia de la *ormaci%n # crecimiento de los cristales e,teriores Este modelo simpli*icado de "idrataci%n nos muestra la *ormaci%n de productos con di*erencias tanto en su composici%n! naturale$a # estructura cristalina! como en su momento de *ormaci%n. &or lo tanto! la estructura de la pasta "idratada crece de *orma no "omo(nea # mediante una cin(tica concreta )ue da como resultado una pasta con discontinuidades tanto en su composici%n como en su distri-uci%n en olumen. En esta masa "a# $onas con *ormaci%n de productos concretos # en otras partes e,isten ma#ores pro-a-ilidades de "uecos # espacios intercristalinos.
