Diseño de hormigones de altas prestaciones para la mejora de su resistencia y durabilidad

Resumen

El hormigón se constituye actualmente como el material de mayor importancia en el mundo de la construcción debido a su uso extendido en diversas aplicaciones y a los múltiples estudios que se realizan sobre él en centros de investigación a nivel mundial. La tecnología del hormigón muestra un marcado avance tecnológico en las últimas décadas; la aparición de nuevos tipos de cementos, adiciones altamente reactivas, fibras estructurales y aditivos de última generación han permitido desarrollar hormigones especiales con prestaciones mejoradas que se adaptan a los requerimientos y demandas actuales. Dentro de los diferentes tipos de hormigón destaca el hormigón de ultra altas prestaciones (UHPC, por sus siglas en inglés), que además de mejorar las propiedades mecánicas del hormigón, mejora también su durabilidad. Dicho hormigón, mediante el uso de áridos de menor diámetro al habitual, de adiciones que pueden llegar a tamaños nanométricos y del uso imprescindible de aditivos superplastificantes, logra modificar la microestructura de su matriz, haciéndola más homogénea, más densa y con menor porosidad. Este material compuesto es el centro de la presente investigación, que intenta mejorar el conocimiento de las características del UHPC a nivel microestructural. El principal objetivo del estudio es optimizar la microestructura del UHPC buscando no sólo la mejora de las propiedades mecánicas sino también de la durabilidad. Además, se persigue justificar dicha mejora a través de los resultados de la campaña experimental. Para lograr los objetivos planteados se ha dividido la investigación en cuatro pasos: diseño de mezclas, obtención de las propiedades mecánicas, caracterización microestructural y evaluación de la durabilidad. La investigación tomó como referencia una formulación de UHPC, denominada CTRL, a la que se añadieron adiciones y nanoadiciones, tales como: metacaolín (MK), humo de sílice (SF) y dos tipos de nanosílice, de 50 y 200 m2/g de superficie específica (NS1 y NS2, respectivamente). Adicionalmente, se fabricó un grupo de probetas que incluían fibras de acero de 13 mm de longitud y 0,20 mm de diámetro. Las formulaciones se caracterizaron mediante ensayos de resistencia a compresión, análisis térmico diferencial y termogravimétrico (ATD-TG) y porosimetría por intrusión de mercurio (PIM), resistividad eléctrica, migración de cloruros, penetración acelerada de cloruros y carbonatación acelerada. Los ensayos de resistencia a compresión mostraron que las mezclas con adiciones incrementaron su resistencia con respecto a la formulación CTRL, hasta en 13% a los 7 días de curado, hasta en 16% a los 28 días y hasta en 14% a los 91 días de edad. Las probetas que incluyeron fibras de acero (Vf = 0,89%), registraron incrementos de la resistencia a compresión a 7 y 28 días, de al menos 20%, respecto de las probetas análogas sin fibras. Los ensayos de ATD-TG mostraron que las formulaciones con adiciones, en especial las que incluyeron NS1 y NSC (combinación de NS1 y NS2), incrementaron la cantidad de gel C-S-H con respecto a la muestra CTRL tanto a 28 como a 91 días, así como la relación gel C-S-H/portlandita. Los ensayos de PIM mostraron una reducción de la porosidad total con el uso de adiciones, alcanzando valores de 5,91% a los 28 días en el caso de la mezcla 4MK.4SF+2NS1. El refinamiento de la red porosa se vio reflejado en la reducción del porcentaje de capilares grandes y en el incremento del porcentaje de capilares de gel, en especial con el uso de NS1 y NSC. Por último, los ensayos de durabilidad mostraron que el uso de adiciones mejora de manera sustancial el comportamiento durable de los UHPC, sobre todo si se incluyen nanoadiciones. Luego de analizar el conjunto de resultados obtenidos, se concluyó que tanto la distribución de la red porosa como la formación de distintos productos hidratados en mezclas de UHPC guardan relación con su resistencia mecánica y su durabilidad. El trabajo realizado puede ser utilizado como punto de partida para futuras investigaciones relativas al uso de nanoadiciones en nuevos tipos de UHPC.