Ensayos en concreto fresco

Fuente: Roberto León, Departamento de Ingeniería Civil y ambiental, Virginia Tech, Blacksburg, VA

Concreto es uno de los materiales de construcción más común y consiste en dos fases: la fase del mortero, compuesto de hormigón, agua y aire y la fase total, compuesta por agregados gruesos y finos. Hay dos consideraciones claves al diseñar una mezcla de hormigón. En primer lugar, el hormigón debe ser trabajable y fácil de fundido en las formas en su estado fresco, incluso cuando las formas se embalan con refuerzo de acero. En esta condición, es la reología del concreto que es importante. En segundo lugar, la mezcla debe producir un hormigón endurecido de la resistencia especificada a 28 días (o tiempo especificado similar) que es durable y ofrece buen servicio.

En este ejercicio de laboratorio, un método de mezcla de hormigón de dosificación, llamado el método de ensayo por lote, será explorado. El hormigón producido se utilizará en la realización de las pruebas típicas para determinar las principales características de hormigón fresco, incluyendo depresión, fluidez, contenido de aire y densidad. El método de ensayo por lotes es un enfoque simple y empírico al diseño de mezcla.

El objetivo de este experimento es cuádruple: (1) se utiliza el método de mezcla de lotes de ensayo para determinar las proporciones óptimas de agregados, cemento y agua para concreto cumplir requisitos del asentamiento especificado, (2) para aprender practicar mezcla concreto en un laboratorio medio ambiente, (3) para observar las propiedades características de hormigón fresco y (4) para preparar 4 "x 8" cilindros de hormigón para la posterior evaluación.

En el método de ensayo por lote, una proporción adecuada de agua a cemento (w/c, por la masa) se selecciona en primer lugar para obtener la resistencia deseada (tabla 1) y durabilidad (tabla 2); entonces se hace una mezcla con esa específica w/c, incorporación de agregados finos y gruesos para conseguir la deseada consistencia plástica (es decir, depresión y trabajabilidad). En la práctica, este proceso suele ser iterativo, donde varios lotes están preparados y en consecuencia modificados para lograr la mezcla más económica con las propiedades deseadas.

Tabla 1. Mínima w/c para lograr la resistencia de diseño.

Tabla 2. Máxima w/c para las categorías de durabilidad seleccionadas.

El método de prueba comienza con la especificación de los componentes básicos: cemento, agua, agregados gruesos y finos y contenido de aire del destino. Los agregados gruesos y finos se supone que son inertes, por lo tanto las principales variables de la mezcla son el cemento, el agua y el aire. El agua a la proporción de cemento (w/c) es el parámetro más importante, como la resistencia del concreto (tabla 1) depende directamente de esta cantidad, que normalmente varía de acerca de 0.35 para el concreto de alta resistencia, a cerca de 0.6 para (hormigón de baja resistencia calzadas y aceras). Una baja relación w/c disminuye la permeabilidad del hormigón, mejorando su durabilidad mediante la reducción de las tarifas en que los iones de la sal penetran en el concreto y conducen a la corrosión de las armaduras (tabla 2). Arbitrariamente, la fuerza se mide habitualmente a los 28 días después del vaciado.

Una depresión, o medida de la fluidez del concreto, también comúnmente se especifica para facilitar la colocación del hormigón en el encofrado. La prueba de slump consiste en rellenar con hormigón fresco y compactar un cono invertido de acero en tres capas. Una vez que se llena el cono, el cono se levanta verticalmente y se mide la cantidad que el concreto cae. Buena trabajabilidad, se especifican comúnmente caídas en el rango de 3 a 5 pulgadas. El comportamiento del hormigón sometido a esta prueba es también un valioso indicador de la cohesión de la mezcla. Una mezcla bien proporcionada poco a poco bajar a menor elevación y retener su forma original, mientras que una mezcla pobre se desmoronan, segregan y se desmoronan.

El contenido de aire también desempeña un papel importante en la durabilidad, especialmente si el hormigón está destinado en una región que se somete a ciclos de congelación y descongelación. Cuando se produce la congelación, el agua libre se vuelve rápidamente para hielo, ampliando por cerca de 10%. Por lo tanto, se necesitan muchas burbujas de aire muy pequeñas y espaciadas en la mezcla para permitir esta expansión sin agrietar el concreto. Para aumentar la resistencia hielo-deshielo, agentes de arrastre de aire se agregan al concreto para aumentar la cantidad de aire de 1-2% a 5-7% del volumen total. La mayor cantidad de aire resulta en una menor resistencia, por lo que para una resistencia dada, es necesario si se utiliza aire arrastre una w/c mayor (ver tabla 1). Existen varias técnicas que pueden utilizarse para medir el contenido de aire en concreto fresco, y la selección de qué técnica utilizar se basa en la disponibilidad de equipos.

La ganancia de resistencia del hormigón depende también varios otros factores, con la temperatura y humedad que representan los otros factores que contribuyen más a la fuerza de curación. Curado a alta temperatura y humedad aceleran significativamente la ganancia de resistencia.

Se dan los siguientes datos para los materiales en este laboratorio:

• Cemento: Cemento Normal (tipo I) con una gravedad específica (SG) de 3.15
• Depresión: La depresión inicial deseada es 3.5 + 0,5 en. Este hormigón es fácil pero requiere vibración si existen pequeños espacios entre el refuerzo y las formas.
• Contenido de aire: la mezcla de hormigón se especificarán como no-aire-arrastrado. Sin embargo, habrá algo de aire atrapado. Suponen el 1,5% atrapado aire.
• Agua a proporción de cemento (w/c): este valor será variable, pero la mezcla original será para una w/c = 0,45.
• Agregados gruesos: Se utilizará una gradación de granito #67 aplastado. El agregado grueso tiene una gravedad específica (a granel SSD) de 2.65, una capacidad de absorción de 0,58%, un peso de unidad de seco-barrotes de pcf 100 y un tamaño máximo de agregado (MSA) de 3/4".
• Agregados finos: Se utilizará una arena natural. El agregado fino tiene una gravedad específica (a granel SSD) de 2.63 y una capacidad de absorción de 0,40%.
• Contenido actual de humedad (MC) de agregado grueso y fino deben ser determinadas: el diseño de la mezcla será de la condición de saturada superficie seca (SSD).

Las cantidades de los materiales utilizados para este experimento se muestran en la tabla 3 a continuación. La cantidad de material debe ser suficiente para producir concreto para lanzar diez de diámetro 4 pulg por ejemplares de largo 8 pulgadas. La cantidad de agregado grueso y arena se ajustará durante el procesamiento por lotes para lograr adecuada trabajabilidad y asentamiento de la mezcla de concreto.

Tabla 3. Cantidad inicial de material para laboratorio (lb.) de hormigón.

El diseño de la mezcla descrito en este documento no contiene ningún aditivos inicialmente. Aditivos son aditivos químicos que se utilizan para mejorar la trabajabilidad y economía del hormigón fresco o para aumentar la durabilidad a largo plazo del concreto. Ejemplos de aditivos usados para mejorar la trabajabilidad incluyen superplastificantes, o productos químicos que reducen considerablemente la viscosidad de una mezcla para un corto período de tiempo para permitir la facilidad de colocación en las formas. Otros ejemplos de aditivos usados por razones económicas son reductores de agua de alto rango, o aditivos que mantienen la misma trabajabilidad con menos agua y por lo tanto menos cemento (para una relación de constante w/c ). Por último, algunos ejemplos de aditivos usados para mejorar la durabilidad agentes de arrastre de aire o productos químicos que crean muchas burbujas pequeñas, bien dispersos permita que el agua libre en el concreto endurecido a ampliar congelación sin agrietarse.

Primero, el siguiente procedimiento describe el proceso de mezcla y luego las pruebas típicas (depresión, densidad y contenido de aire) utilizadas en el campo para determinar la trabajabilidad, consistencia y calidad. El procedimiento aquí descrito se ha encontrado para trabajar bien con un pequeño mezclador concreto.

1. mezcla el hormigón por el método de ensayo

1. Pesar las cantidades de agregado grueso y fino agregan y guárdelos en envases separados. Registrar el peso exacto en la hoja de datos.
2. Pesar la cantidad de cemento mencionada en la tabla 1 y colocar en un recipiente separado.
3. Pesar la cantidad de mezcla del agua mencionada en la tabla 1 y coloque en un recipiente.
4. Humedezca el interior de la mesa de mezclas y todas las herramientas que se utilizarán, para que queden húmedas pero no con cualquier agua estancada.
5. Ponga el agregado grueso, agregado fino y cerca de 1/5 del agua en el pequeño mezclador concreto y mezcla durante unos 2 minutos.
6. Con la batidora todavía girando, empezar a agregar el cemento y el agua adicional en incrementos pequeños (10% a 20% del total en cada paso) y mezcla por 5 minutos adicionales.
7. Parar la batidora y prueba la caída de la mezcla de hormigón. En la prueba de la caída, humedecer el cono de depresión y coloque en la bandeja mezcladora. Sostenga el cono de depresión hacia abajo firmemente contra el pan. Llene el cono de depresión con hormigón en tres capas, cada una aproximadamente un tercio del volumen del cono slump para cada capa.
8. Barra cada capa con 25 golpes distribuidos uniformemente sobre la sección transversal del cono. La varilla debe penetrar ligeramente en la capa anterior. Después de la capa superior ha sido barrotes, huelga apagado exceso de hormigón con la varilla de apisonamiento, para que el cono se llena exactamente.
9. Inmediatamente retire el cono de hormigón levantando cuidadosamente en dirección vertical. Medir la "caída" del hormigón mediante la determinación de la diferencia entre la altura del molde y la altura del concreto desplomado.
10. Después de la caída de medición esté completa, toque el lado del tronco concreto suavemente con la varilla de apisonamiento.
11. En este punto la caída de la mezcla debe estar en el rango de 3 a 4 pulg. Si la caída es demasiado baja, o la mezcla parece áspero, poco a poco añadir pequeñas cantidades de agregado fino o grueso (o ambos), bien remix el hormigón y vuelva a probar la caída. Repita este proceso hasta que la mezcla alcance la caída deseada y la consistencia. Asegúrese de que hacer un seguimiento de las cantidades adicionales de material utilizado.
12. Cuando el lote es juzgado satisfactorio por la prueba de slump, sopese los restantes agregados y registro en la hoja de datos. Calcular la cantidad de agregados gruesos y finos en la mezcla de concreto de los pesos iniciales.
13. Determinar peso de la unidad de mezcla de hormigón de relleno y un peso de un recipiente de 1 pie cúbico. El contenedor debe ser llenado y prueba de barrotes de la misma manera que el cono de la depresión.

2. aire-arrastre de prueba

Si la mezcla de hormigón fue diseñada para una región con ciclos de hielo-deshielo, es probable que un contenido de adición de arrastre de aire habría sido especificado para traer el contenido de aire total para un rango de 6 a 8%. Para demostrar este efecto, tomar el resto de hormigón y remix mientras agrega la mezcla de aire-arrastre. En primer lugar, mezclar durante unos 3 minutos y luego realizar una prueba de contenido de aire mediante el uso de un aparato de arrastre de aire. Tenga en cuenta que el procedimiento para la realización de la prueba es específica, así que lo siguiente se refiere exclusivamente a del dispositivo utilizado en este video, o similar.

1. Llene el recipiente inferior con concreto siguiendo las instrucciones para la obtención de una unidad de peso.
2. Cierre la válvula de aire principal de color rojo en la parte superior del receptor de aire.
3. Abra ambos grifos situados en la parte superior de la tapa.
4. Coloque la tapa sobre el envase y cierre las abrazaderas de cuatro palanca.
5. Vierta agua en el embudo hasta que salga agua de la llave de purga en el centro de la tapa.
6. Jar el medidor con cuidado hasta que no salen burbujas de aire a través de la llave de descompresión del centro. Cierre ambos grifos.
7. Cierre la válvula principal de aire y válvula de purga en el extremo del receptor de aire.
8. Suavemente el aire de la bomba en el receptor hasta que el calibrador de mano obtiene cerca de la línea roja. Asegúrese de que la mano pase el punto de partida inicial. No importa si es de la mano de un lado o al otro lado de la línea roja.
9. Puntee el indicador suavemente con una mano. Al mismo tiempo, romper la válvula de purga hasta que el calibrador de mano descanse exactamente en el punto de partida inicial.
10. Cerrar rápidamente la válvula de descarga. Abra la válvula principal de aire entre el receptor de aire y el envase.
11. Jar el envase ligeramente después de soltar la presión para permitir que las partículas se reorganizan. Golpee suavemente el medidor hasta que el calibrador de mano para descansar. Registre la lectura como el porcentaje de aire ocluido.

3. preparación de cilindros de prueba hormigón

1. Llenar los moldes de cilindro colocando el hormigón en el molde del cilindro en tres capas de aproximadamente igual volumen.
2. Varilla cada capa con 25 golpes con una varilla de apisonamiento pequeño (varilla de 1/4 de pulgada de diámetro). Distribuir uniformemente los golpes sobre la sección transversal del molde.
3. Después de la capa superior ha sido barrotes, huelga de la superficie del hormigón con una llana. Llenar un total de diez muestras de cilindros concreto. Medir el peso de todos los moldes de cilindro diez llenado de concreto y registre el peso en la hoja de datos.
4. Cubierta de los cilindros de hormigón con una bolsa de plástico para evitar la evaporación del agua del concreto.
5. Para la mezcla final, calcular el peso necesario de materiales para hacer una yarda cúbica de concreto. Registrar estos resultados en la hoja de datos.
6. Después de 24 + 8 horas, tira los moldes de plástico desechables de las muestras de cilindros concreto. Los cilindros se colocan en el ambiente de curado enumerado en la tabla 1. Los regímenes típicos de curado son: sala de niebla (1) curado en 73.5 + 3.5^oF (23 + 2^oC) y humedad relativa de 100%, por ASTM C 192, (2) ambiente de curado en el laboratorio y (3) caja aislada curado (es decir, caja de curación). Vamos a utilizar curado ambiente en este experimento.

4. adición de superplastificantes

1. Para demostrar el uso de un aditivo, retorna todo el concreto a la mezcladora y agregar una pequeña cantidad de superplastificante. Mezcle bien por 3 minutos y realizar una prueba de la tabla de flujo.
2. Moje la tabla y el molde. Limpie el exceso de agua.
3. Mientras sujeta firmemente el molde, llenar el molde con concreto en dos capas. Varilla cada capa 25 veces, asegurándose de varilla es uniforme a través del área transversal.
4. La huelga de la parte superior del molde, para que el molde se llena exactamente.
5. Retire el molde con un tirón ascendente constante.
6. Usando la manija, levantar y dejar caer la tabla desde una altura de 0, 5, 15 veces en 15 segundos.
7. Tomar el promedio de seis mediciones de pinza simétricamente distribuidos a la más cercana 1/4 en. Este valor será el diámetro de la extensión concreta.

En general, las mezclas como el descrito anteriormente tendrá caídas de 3 a 4 pulgadas. Estos valores son comunes para pequeños trabajos con poca congestión de acero en las formas. En la construcción moderna, el amplio uso de superplastificantes ha significado que sea económico para depresiones mayores (6 a 10 pulgadas, es decir, Self-leveling concreto). Arrastrado por el aire no se mezcla mostrará el contenido de aire por debajo del 2%, mientras que mezclas con aire ocluido, dependiendo de la dosificación de la mezcla, mostrará el contenido de aire del 5% al 8%. El peso de la unidad de los hormigones de peso normal es alrededor de 145 a 150 libras por pie cúbico, pero concreto hecho con agregados ligeros (es decir, esquistos expandidos) puede ser tan ligero como 100 a 120 libras por pie cúbico.

Asentamiento cono y flujo tabla pruebas son in situ los resultados de prueba utilizados para determinar si el hormigón se entregan al emplazamiento de la trabajabilidad especificada. Estas pruebas están destinadas a asegurar una adecuada reología de la mezcla, es decir, una buena inicial "viscosidad" que dura mucho tiempo suficiente para que el hormigón de la dosificación planta a su posición final en las formas sin dejar grandes vacíos o defectos similares alrededor de la refuerzo. Además, la prueba de contenido de aire es clave para asegurar la durabilidad a largo plazo en las áreas donde ocurren ciclos de congelación-descongelación. Cabe señalar que todas estas pruebas son en el mejor intento para determinar las cantidades que son difíciles de medir en el mejor de circunstancias. Bajo la presión del tiempo y el caos de un sitio de trabajo, estas pruebas proporcionan medidas indirectas de propiedades importantes a corto y largo plazo.

La prueba descrita en este documento se utiliza cada día en miles de sitios de construcción en los Estados Unidos y en todo el mundo. La principal aplicación de un test de este tipo debe proporcionar control de calidad y aseguramiento de la calidad. Algunos de los cilindros de prueba en este laboratorio serán curados bajo condiciones especificadas (sala de niebla curado en 73.5 + 3.5^oF y 100% humedad relativa) y probado a los 28 días para determinar si el diseño de mezcla apropiado. La relativamente alta temperatura y la humedad asegura que la mayoría del cemento se hidrata, por lo tanto la relación w/c para esta mezcla proporcionará concreto fuerte y durable. Este trabajo experimental asegura que las plantas lotes cumplan con las especificaciones requeridas. Algunos de los cilindros de prueba serán curados en las condiciones ambientales en el sitio de trabajo para determinar qué tan rápido está curando el hormigón in situ. En el sitio, el desarrollo de la fuerza está ligado principalmente a las condiciones de temperatura y humedad, que son aleatorios y pueden variar sustancialmente durante un periodo de 28 días. Para contrarrestar estas condiciones, el concepto de madurez concreto se utiliza a menudo. La madurez del concreto se calcula en días grado, generalmente sumando el número de veces de días la diferencia entre la temperatura diaria promedio y una temperatura de referencia (generalmente 32^oF). Cuando el número de grados-día llega a 1 mil, el concreto se supone que han alcanzado la resistencia prevista.