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Calor de Hidratación del Concreto.

El calor de hidratación es el calor que se genera por la reacción entre el cemento y el agua. La cantidad de calor generado depende, primariamente, de la composición química del cemento, siendo el C3Ay el C3S los compuestos más importantes para la evolución de calor. Relación agua-cemento, finura del cemento y temperatura de curado también son factores que intervienen. Un aumento de la finura, del contenido de cemento y de la temperatura de curado aumentan el calor de hidratación. Apesar del cemento portland poder liberar calor por muchos años, la tasa de generación de calor es mayor en las edades tempranas. Se genera una gran cantidad de calor en los tres primeros días, con la mayor tasa de liberación de calor normalmente ocurriendo a lo largo de las primeras 24 horas (Copeland y otros 1960). El calor de hidratación se ensaya según las normas ASTM C 186, COVENIN 0495, IRAM 1617, IRAM 1852, NMX-C-151-ONNCCE, NTC 117, NTE 0199, NTP334.064, UNIT 326 o por calorímetro de conducción (Fig. 2-44).

Fig. 2-44. El calor de hidratación se puede determinar por (izquierda) ASTM C 186 y por (derecha) calorímetro de conducción.



Tabla 2-19. Calor de Hidratación de Cementos Portland de los EE.UU. Seleccionados de la Década de 90,según la Norma ASTM C 186, en kJ/kg*
 
Para la mayoría de los elementos de concreto, tales como losas, el calor generado no trae preocupación porque el calor se disipa rápidamente en el ambiente. Sin embargo, en estructuras de grandes volúmenes, con espesor mayor que un metro (yarda), la tasa y la cantidad de calor generado son importantes. Si este calor no se disipa rápidamente, puede ocurrir un aumento considerable de la temperatura del concreto. Este aumento de temperatura puede ser indeseable, pues después del endurecimiento a altas temperaturas, el enfriamiento no uniforme de la masa de concreto hasta la temperatura ambiente puede crear tensiones de tracción (esfuerzos de tensión) indeseables.

Por otro lado, el aumento de la temperatura en el concreto causado por el calor de hidratación es frecuentemente beneficioso en clima frío, pues ayuda a mantener las temperaturas favorables para el curado.

La Tabla 2.19 presenta valores de calor de hidratación para varios tipos de cemento portland. Estos datos limitados muestran que el cemento tipo III (ASTM C 150) tiene calor de hidratación más alto que los otros tipos de cemento, mientras que el tipo IV (ASTM C 150) tiene el calor más bajo. También se debe observar la diferencia en la generación de calor entre el tipo II (ASTM C 150) normal y el moderado calor de hidratación tipo II (ASTM C 150).

Los cementos no generan calor a una tasa constante. La producción de calor durante la hidratación de un cemento portland tipo I (ASTM C 150) se presenta en la Figura 2-45.

El primer pico presentado en el perfil de calor se debe a la liberación de calor por las reacciones iniciales de los compuestos del cemento, tales como aluminato tricálcico.

Algunas veces llamado de calor de mojado, este primer pico de calor se sigue por un periodo de baja reactividad conocido como periodo de incubación o inducción.

Después de algunas horas, aparece un segundo pico atribuido a la hidratación del silicato tricálcico, señalizando el comienzo del proceso de endurecimiento de la pasta.

Finalmente, hay un tercer pico debido a la reacción renovada del aluminato tricálcico; su intensidad y localización dependen normalmente de la cantidad de aluminato tricálcico y de sulfato en el cemento. En el ensayo de calorimetría, las primeras medidas de calor se obtienen aproximadamente 7 minutos después de la mezcla de la pasta; como resultado, sólo se puede observar la inclinación descendente del primer pico
(Etapa 1, Fig. 2-45). El segundo pico (pico de C3S) normalmente ocurre entre 6 y 12 horas. El tercer pico (pico de C3Arenovado en la conversión de AFt para AFM) ocurre entre 12 y 90 horas. Esta información puede ser útil en el control del aumento de temperatura en el concreto masivo (Tang 1992).

Cuando es necesario minimizar la generación de calor en el concreto, los diseñadores deben escoger un cemento con más bajo calor, tales como el cemento portland tipo II (ASTM C 150, AASHTO M 85), con la opción de los requisitos de moderado calor de hidratación. Como ni todos los cementos tipo II se fabrican para el desarrollo de un nivel moderado de calor, la opción de moderado calor de hidratación se debe solicitar especialmente. El cemento de bajo calor de hidratación se puede utilizar para el control de la subida de la temperatura, pero raramente está disponible.

Fig. 2-45. Evolución del calor como función del tiempo para
pasta de cemento. La etapa 1 es el calor de humedecimiento
o de la hidrólisis inicial (hidratación del C3Ay del C3S). La
etapa 2 es el período de incubación relacionado al tiempo
de fraguado inicial. La etapa 3 es una reacción acelerada de
los productos de hidratación que determina la tasa de
endurecimiento y el tiempo de fraguado final. En la etapa 4
hay una desaceleración de la formación de los productos de
hidratación y determina la tasa de aumento de resistencia
inicial. La etapa 5 es lenta, caracterizada por la formación
estable de productos de hidratación, estabilizando la tasa
de aumento de resistencia a edades avanzadas.

Los cementos de moderado calor y bajo calor también están disponibles en las especificaciones de la ASTM C 595 (AASHTO M 240) y C 1157. El empleo de los materiales cementantes suplementarios es también una opción para reducir la subida de temperatura.

La ASTM C 150 (AASHTO M 85), la COVENIN 28, la NCR40, NTP334.009, NTP334.090 tienen tanto un enfoque químico como físico para el control del calor de hidratación. Se puede especificar cualquiera de los enfoques, pero no ambos. La ASTM C 595 (AASHTO M 240) y C 1157, IRAM 50001, NMX–C–414–ONNCCE y NTP 334.082 usan límites físicos. Para más informaciones,consulte PCA(1997).

3 comentarios:

Gleidy Erika Machacca Ala dijo...

gracias

José Pintado dijo...
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
Jorge Montañez dijo...

Se agradece el comentario, para todos los que tenemos esta noble profesión

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