ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA CONTRACCIÓN AUTÓGENA EN PASTAS DE CEMENTO
Benítez, Graciela Alejandra1; Anfossi, Lionel1; Rodríguez, Matías1; Polzinetti, Matías2; Curria, María2
1Tecnología del hormigón-Construcciones, 2División Tecnología del Hormigón, Departamento Técnico, Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA) alemir@inti.gob.ar
Introducción
La contracción autógena se define como el cambio de volumen externamente perceptible que ocurre en la pasta de base cemento, debido a fenómenos de contracción química y autodesecación. Su magnitud depende de diversos factores, tales como la composición de la pasta, la relación agua/cemento (a:c), el uso de adiciones y aditivos químicos, las características intrínsecas de los materiales y el régimen de temperatura de exposición.
Objetivo
-Presentar los resultados de un proyecto de investigación para evaluar la magnitud de la contracción autógena para diversas pastas de materiales disponibles localmente. -Validar las hipótesis de estudio de la bibliografía internacional. -Documentar el comportamiento de distintos cementos base empleados -Comprobar el aumento de la contracción autógena en pastas con relaciones agua:cemento bajas, la incidencia del uso de escoria granulada de alto horno y filler calcáreo.
Descripción
El presente trabajo se realizó como continuación de la implementación del método de ensayo basado en la ASTM C1698 y forma parte del convenio específico establecido entre INTI Construcciones y el Instituto del Cemento Portland Argentino.
Metodología Para la determinación de la contracción autógena se empleó el método propuesto por la ASTM C1698-09, con las modificaciones propuestas descriptas en el trabajo “Implementación de un método para determinar la contracción autógena de pastas de cemento”.
Los valores de la Tabla 1 corresponden al promedio de 2 resultados individuales de probetas preparadas con diferentes cementos base (CPN40 y 50), con relaciones a:c de 0,26 a 0,42 y con adiciones de Escoria y Filler
calcáreo, acondicionadas y ensayadas en idénticas condiciones. Las edades de medición son 1, 3, 7, 14 y 28 días, con excepción de las pastas con escoria, cuyos resultados se exhiben hasta los 14 días.
Tabla 1: Resultados de contracción autógena
Muestra
Contracción Autógena [µm/m]
Edad [días] 1
3
7
14 28
N40-042
6 24 60 122 201
N40-040
24 67 152 210 320
N40-036
29 95 241 442 560
N40-034
67 210 449 579 655
N40-032 142 336 554 653 738
N40-030 217 440 622 712 857
N40-028 520 870 978 1058 1108
N40-026 676 1009 1118 1127 1193
N50-036
56 120 247 414 521
N50-032
55 278 439 544 756
N40-030-F15 436 561 656 746 817
N40-030-F20 378 460 503 643 643
N40-030-F25 356 442 582 638 701
N40-040-F20 91 98 112 170 246
N40-030-E15 126 259 382 546 ---
N40-040-E25 6 16 16 21 ---
Nota: Designación de las pastas: tipo de cemento; relación
agua:cemento; Adición; %
N: CPN; 40 o 50 Categoría resistente según Norma IRAM
50000; F: Filler calcáreo; E: Escoria
Resultados y discusión
No se presentan resultados de contracción autógena para las mezclas preparadas con relaciones a:c 0,45 y 0,50, dado que el cambio de largo resultó ser exiguo y asociado al efecto de la temperatura en cada medida, aún dentro del intervalo ± 1 ºC. Del estudio de los dos casos, se corrobora que para relaciones a:c>0,42, el valor resulta mínimo comparado con otros casos de composición de la pasta, y otros fenómenos de variación volumétrica, como la contracción por secado.
Del estudio de pastas con igual aglomerante (CPN 40) y relaciones a:c entre 0,42 a 0,26 (ver Figura 1), es posible verificar que a mayor a:c, la contracción autógena decrece, siendo para pastas con a:c 0,26 a 0,28 del orden del doble que para a:c entre 0,32 a 0,36, y de 4 a 5 veces para 0,40. Esto puede atribuirse a que el efecto de autodesecación de la pasta, luego del fin de fragüe, es menor por la mayor disponibilidad de agua.
Figura 1: Efecto de la relación a:c en pastas con mismo aglomerante (CPN 40)
En la Figura 2 se presenta la comparación entre pastas con igual cemento base (CPN 40) y reemplazos de filler calcáreo, entre 15 y 25 % en masa, para relaciones a:c de 0,30 y 0,40. Se destaca valores de un mismo orden de magnitud para distintos porcentajes de reemplazo e igual relación a:c y que las diferencias se aproximan a la desviación propia del método. Para relación a:c 0,40, ocurre el mismo comportamiento del estudio anterior, mostrando valores bajos, y de menor relevancia en las aplicaciones usuales de los cementos dentro del campo de la Ingeniería. Para los reemplazos de cemento con filler calcáreo mayores al 20 %, se observa el efecto de dilución, que tiende a conducir menor contracción, en particular a edades posteriores a 3 días. En estos casos, la contracción autógena para un cemento con filler calcáreo con una mayor finura no muestra resultados de mayor magnitud, lo que puede justificarse a partir de las características de reacción propias de la caliza molida como adición (sin reacción puzolánica).
Figura 2: Efecto del reemplazo de cemento base (CPN 40) por filler calcáreo
En los registros de contracción autógena a 1 día de edad, se presenta valores mayores para reemplazos de filler calcáreo, lo que podría deberse a una mayor velocidad de hidratación por el efecto de nucleación sobre los granos de esta adición, que también conduce a mayores niveles resistentes a edades tempranas.
Comparando el análisis entre los dos cementos base (CPN 40 de menor finura y componentes minoritarios que el CPN 50), se observa que las diferencias registradas para relaciones a:c de
0,32 y 0,36 resultan menores a la desviación del método (en color verde en Tabla 1).
En relación a las pastas con CPN 40 y escoria granulada de alto horno (Figura 3), se confirma la reducida contracción autógena para relaciones a:c 0,40 y un efecto benéfico para todas las edades, aunque, por presentar actividad hidráulica, el fenómeno a corta edad tiende a ser menor, mientras que esa diferencia se reduce a mayor edad, debido al desarrollo de las reacciones de hidratación a largo plazo.
Figura 3: Efecto del uso de escoria granulada de alto horno
Conclusiones
De acuerdo con los resultados de este trabajo, ha sido posible cuantificar la contracción autógena de distintos materiales cementantes puros y con adiciones minerales disponibles localmente, comprobándose la fuerte influencia de factores como la relación a:c, el uso de adiciones minerales, distintas finuras y composición de clinker.
El reemplazo de cemento con escoria condujo a una reducción de contracción autógena, al igual que los reemplazos más elevados con filler calcáreo, aunque menor para este último. La contracción autógena a corta edad puede ser menor en porcentajes de reemplazo superiores al 20 %, mientras que en el caso de la escoria, el beneficio es mayor a corta edad.
Con respecto a la incidencia sobre la contracción autógena de pastas de cemento con adiciones minerales activas (puzolanas naturales, cenizas volantes y escoria granulada de alto horno en porcentajes de reemplazo superiores al 35 %), composición química del clinker y finura del material cementante, se proyecta continuar con estudios adicionales, cuyos resultados serán objeto de otro artículo.
Bibliografía
ASTM C1698 Standard Test Method for Autogenous Strain of Cement Paste and Mortar, American Society of Testing Materials (ASTM), 2009. Benitez A, Graneros G, Soto S, Curria M, Polzinetti M, “Implementación de un método para determinar la contracción autógena de pastas de cemento a partir de la retracción lineal en tubos sellados”, VII Congreso Internacional y 21ª Reunión Técnica de AATH, 2016.
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