Dosificación, propiedades y durabilidad en hormigón autocompactante para edificación

Abstract

Se define el hormigón autocompactante como aquel hormigón que, por la acción de su propio peso, es capaz de fluir y rellenar correctamente el encofrado, pasando a través de las armaduras. Estos hormigones poseen la ventaja de eliminar la compactación manual y evitar los problemas de ruido, molestias a operarios, etc., que conlleva la compactación mediante vibración, permitiendo rellenar perfectamente los moldes o encofrados, aún en el caso de altas densidades de armado y dar una terminación superficial de gran calidad. Desde su aparición, el hormigón autocompactante ha ido incrementado su producción tanto en edificación y obra civil como en prefabricación; no obstante, ésta es aún muy inferior a la del hormigón convencional. Paralelamente a su crecimiento, se ha realizado una intensa labor investigadora, pero aún existen campos que no han sido estudiados suficientemente como son los hormigones autocompactantes de resistencias medias, la durabilidad de este tipo de hormigones, y el papel de la adición de finos de diferente naturaleza. Esta investigación consiste en el estudio de hormigones autocompactantes de resistencias medias debido a que son los más habitualmente empleados en edificación e incluso en obra civil y en el de la durabilidad de estos, teniendo en cuanta la complejidad que supone tratar de comparar resultados en hormigones donde varía su composición, tipo de cemento y adición, ya que estos parámetros pueden influir en su microestructura y, por lo tanto, en su comportamiento frente a durabilidad. Según lo anterior, el primer objetivo de esta investigación es estudiar las propiedades en estado fresco y endurecido, así como la durabilidad de nueve tipos de hormigones autocompactantes de resistencias medias confeccionados con diferentes tipos de cementos y con dos tipos de adiciones. También se estudia la microestructura y procesos de hidratación de dichos hormigones y se analiza la influencia de éstas en sus propiedades en estado endurecido. Por último, en tres de estos hormigones se estudian las deformaciones (retracción y fluencia) a largo plazo. El segundo objetivo de la tesis es el estudio de los cementos especiales, denominando con este nombre a aquellos cementos que posiblemente aparezcan en un futuro próximo en el mercado y que se caracterizan porque llevan incorporado un alto contenido en adición. En ellos se estudian sus características mediante el empleo y adaptación de la normativa actual de cementos comunes. Además se compara y analiza cómo el empleo de la adición utilizada modifica los tiempos de fraguado con los diferentes tipos de cementos. El estudio de las propiedades en estado fresco se ha realizado empleando los ensayos de escurrimiento, caja en L y embudo en V. Las propiedades mecánicas se han estudiado mediante el ensayo de resistencia a compresión, módulo de elasticidad y resistencia a tracción indirecta. Las deformaciones a largo plazo se han determinado mediante ensayos de fluencia y retracción. El estudio de la durabilidad se ha realizado mediante los ensayos de penetración de agua bajo presión, de ión cloruro y de CO2. La microestructura y mecanismos de hidratación se han analizado mediante ensayos de porosimetría por intrusión de mercurio y análisis térmico diferencial y gravimétrico. Por último, se han determinado las propiedades mecánicas (flexotracción y resistencia a compresión) de los morteros de cementos especiales y, se han realizado los ensayos de fraguado y estabilidad de volumen de las pastas de este tipo de cementos. Los resultados obtenidos han puesto de manifiesto que los hormigones autocompactantes obtenidos poseen propiedades mecánicas similares entre ellos pero diferentes comportamientos frente a durabilidad, siendo, en general, bueno en la mayoría de ellos. Además, los hormigones presentan importantes diferencias en su microestructura y mecanismos de hidratación donde, en algunos casos, están influenciados por la adición empleada. En cuanto, a la caracterización de los cementos especiales se colige que habría que modificar ligeramente la actual normativa existente para cementos convencionales. ABSTRACTSelf-compacting concrete is defined as concrete that by the action of its own weight is able to flow, pass through the reinforcement, and correctly fill the formwork. The advantage of this concrete is that manual compaction is not necessary, and therefore the problems associated with this process, such as noise, and different health risks are avoided. With this type of concrete formworks and molds can be perfectly filled, even in the case of highly dense reinforcement, and a high quality concrete surface is achieved. Since its development, the production of self-compacting concrete has increased both in the cast-in-place and the precast industry. However, its use is still much less extensive than conventional concrete. In parallel with its increasing field use, laboratory research on self-compacting concrete has also been substantially developed. Nonetheless, there are still research areas that have not been sufficiently studied. One of these fields is related to the durability of normal strength self-compacting concrete, and the influence of the different types of additions on the concrete properties. This research consists of studying the durability of normal strength self-compacting concrete, given that this is the most commonly used concrete in residential and even civil projects. It should be emphasised that evaluating and comparing results of concretes with variable composition, cement type and addition is complex due to the fact that these parameters may influence the microstructure, and therefore, the durability behaviour. The first objective of this research is to study the fresh and hardened properties, including the durability, of nine types of normal strength self-compacting concrete. Different types of cements and two types of fillers are used. The microstructure and hydration processes on the concretes are studied together with the influence of these on the hardened properties. In addition, for three types of concretes, the long term shrinkage and creep deformations are also examined. The second objective of this thesis is to study the applicability of special cements, which are characterised by their high addition content. The characteristics of the concretes which incorporate these special cements are studied using the existing standards applied to common cements. Furthermore, the effect of different additions, combined with different types of cements, on the setting time of the concrete is also evaluated. The fresh properties of the mixtures are evaluated using the flow test, L box and V shape test. The mechanical properties are evaluated by the compression strength, modulus of elasticity and indirect traction test. For the long term deformations, creep and shrinkage tests are performed. The durability tests applied are: a water penetration under pressure test and chloride and CO2 penetration tests. The microstructure and the hydration process are evaluated by means of mercury intrusion porosimetry tests and differential thermal analysis and gravimetric tests. The mechanical properties, that is to say, compressive strength and flexural tensile strength, of the mortars made with the special cements were analysed. The setting time tests and volume stability of the pastes made with these cements were also tested. From the obtained results it was observed that the different self-compacting concrete mixtures have similar mechanical properties among them, but different durability characteristics. For most mixtures, the durability characteristics are adequate. In addition, the diverse concrete specimens showed significant differences regarding their microstructure and hydration mechanism, in some affected by the additions used. Regarding the special cements, the results show that the actual standards applicable to conventional cements should be slightly modified for their applicability to these cements