El hormigón (del francés béton ) es un material de construcción de piedra artificial obtenido moldeando y endureciendo una mezcla racionalmente seleccionada, bien mezclada y compactada de minerales (por ejemplo, cemento ) o aglutinantes orgánicos, áridos gruesos o finos, agua [1] . En algunos casos, puede contener aditivos especiales, y también no contener agua (por ejemplo, hormigón asfáltico ).
En la construcción, los hormigones elaborados a partir de cementos u otros aglutinantes inorgánicos son los más utilizados. Estos hormigones suelen sellarse con agua. El cemento y el agua son los componentes activos del hormigón; como resultado de la reacción entre ellos, se forma una piedra de cemento que fija los granos agregados en un monolito.
Sobre ligantes orgánicos ( betunes , resinas minerales), la mezcla de hormigón se obtiene sin la introducción de agua, lo que garantiza una alta densidad e impermeabilidad del hormigón.
El hormigón más antiguo descubierto por los arqueólogos durante las excavaciones en el pueblo de Lepenski Vir (Serbia) se puede atribuir al 5600 a. mi. En una de las chozas del antiguo asentamiento , se hizo un piso de 25 cm de espesor [2] [3] de hormigón mezclado con grava y cal local .
El hormigón fue ampliamente utilizado en la antigua Roma [2] . Italia es un país volcánico con ingredientes fácilmente disponibles a partir de los cuales se puede hacer concreto, incluidas puzolanas y escombros de lava . Los romanos utilizaron hormigón en la construcción masiva de edificios y estructuras públicas, incluido el Panteón , que sigue siendo la cúpula de hormigón no reforzado más grande del mundo. Al mismo tiempo, esta tecnología no estaba muy extendida en la parte este del estado, donde la piedra se usaba tradicionalmente en la construcción y luego el zócalo barato , una especie de ladrillo.
Debido al declive del Imperio Romano Occidental, la construcción a gran escala de edificios y estructuras monumentales quedó en nada, lo que hizo que el uso del hormigón fuera poco práctico y, combinado con la degradación general de la artesanía y la ciencia, condujo a la pérdida de su producción. tecnología. Durante la Alta Edad Media , los únicos objetos arquitectónicos importantes eran las catedrales, que se construían con piedra natural.
James Parker obtuvo una patente para el "cemento romano" en 1796 . En la primera mitad del siglo XIX, muchos investigadores e industriales desarrollaron cemento Portland de tipo moderno. Joseph Aspdin recibió una patente para el cemento Portland en 1824 , en 1844 I. Johnson mejoró el cemento Portland de Aspdin. En 1817, Vika inventó el clínker de cemento y, en 1840, el cemento Portland. Paralelamente al crecimiento de la producción de cemento Portland, se incrementó el uso de morteros y hormigones de cemento en la construcción.
Los líderes mundiales en producción de hormigón son China (430 millones de m³ en 2006) [4] y EE . UU . (345 millones de m³ en 2005 [5] y 270 millones de m³ en 2008) [4] . En Rusia en 2008 se produjeron 52 millones de m³ de hormigón [4] .
Según GOST 25192-2012 “Concreto. Clasificación y requisitos técnicos generales” [6] y GOST 7473-2010 “Mezclas de hormigón. Especificaciones” [7] , la clasificación de los hormigones (a excepción de los hormigones a base de ligantes bituminosos - hormigones asfálticos ) se realiza según el destino principal, tipo de ligante, tipo de áridos, estructura y condiciones de endurecimiento:
El hormigón de cemento se produce mezclando cemento, arena, piedra triturada y agua (su proporción depende de la marca del cemento, la fracción y el contenido de humedad de la arena y la piedra triturada), así como pequeñas cantidades de aditivos ( plastificantes , hidrofugantes , etc. ). ). El cemento y el agua son los principales componentes aglutinantes en la producción de hormigón. Por ejemplo, cuando se usa cemento de grado 400 para producir concreto de grado 200, se usa una proporción de 1:3:5:0.5. Si se usa cemento de grado 500, entonces se obtiene concreto de grado 350 en esta relación condicional.La relación de agua y cemento (" relación agua-cemento ", "módulo de agua-cemento"; denotado "W / C") es una característica importante de hormigón La resistencia del hormigón depende directamente de esta relación: cuanto menor sea la W / C, más fuerte será el hormigón. Teóricamente, W / C = 0,2 es suficiente para la hidratación del cemento; sin embargo, dicho hormigón tiene una plasticidad demasiado baja, por lo tanto, en la práctica, se utilizan W / C = 0,3–0,5 y superiores.
Un error común en la producción artesanal de hormigón es la adición excesiva de agua, lo que aumenta la movilidad del hormigón, pero reduce varias veces su resistencia, por lo que es muy importante observar con precisión la relación agua-cemento, que se calcula según las tablas. dependiendo de la marca de cemento utilizada [8] .
Como relleno, se pueden utilizar materiales de piedra a granel naturales o artificiales. Ocupando hasta el 80-85% de su volumen en el concreto, los agregados forman un esqueleto rígido de concreto, reduciendo la contracción y previniendo la formación de grietas por contracción.
Dependiendo del tamaño de los granos, el agregado se divide en fino ( arena ) y grueso ( piedra triturada y grava ).
Los áridos para el hormigón autorreparable pueden ser químicos (a base de betún) y orgánicos (cápsulas con bacterias productoras de calcio). Tal hormigón autorreparable es prometedor para la construcción de, por ejemplo, puentes. Los resultados de las pruebas muestran una curación casi completa de las grietas en aproximadamente 4 semanas [9] .
Uno de los componentes más importantes de la mezcla de hormigón es la arena. Para la preparación del hormigón, es mejor utilizar arena natural de media a gruesa. El tamaño de la arena y su relación con el agregado grueso (piedra triturada o grava en el concreto pesado, arcilla expandida en el concreto liviano) en la composición de la mezcla de concreto afecta la movilidad y la cantidad de cemento. Cuanto más fina es la arena, más agregados minerales y agua se requieren. La limitación más importante en el uso de arena natural es la limitación de la presencia de arcilla o partículas de arcilla en la composición de la arena. Las partículas pequeñas (de arcilla) afectan mucho la resistencia del concreto. Incluso una pequeña cantidad de ellos conduce a una disminución significativa de la resistencia del hormigón. Por lo tanto, en ausencia de arena natural sin partículas de arcilla, la arena disponible se mejora (enriquece) mediante los siguientes procedimientos: lavado de arena; separar arena en fracciones en una corriente de agua; separación de la arena de la fracción deseada; mezcla de arena disponible en el área de trabajo con arena importada de alta calidad.
Después del enriquecimiento y la preparación, la arena debe cumplir las condiciones definidas por la denominada área de cribado estándar. La composición del grano, determinada al tamizar la arena a través de tamices con diferentes aberturas, debe encajar en el área que se muestra en la figura con guiones. Es posible usar arena con tamaños de partículas que tengan en cuenta el área sin sombrear, pero solo para concreto de grado 150 e inferior [10] .
En lugar de arena, se pueden utilizar con éxito los desechos de la producción de industrias metalúrgicas, energéticas, mineras, químicas y otras [11] .
La mezcla de hormigón después de la preparación y colocación debe compactarse lo antes posible. Durante el proceso de compactación, se elimina el aire de las bolsas de aire y la lechada se redistribuye para un contacto más estrecho con las fracciones sólidas del hormigón. Esto conduce a un aumento en la resistencia del hormigón acabado. La vibración se utiliza para la compactación. En la vibrocompactación en construcción monolítica se utilizan vibradores manuales, en la construcción de bloques se utilizan vibroprensas . Temperatura de curado - de +5 °C a +30 °C.
Durante el trabajo de hormigón, se producen residuos tecnológicos de hormigón en la bomba o mezcladora de hormigón, cuando se drenan al suelo, se produce una contaminación local. Para un uso eficiente de los residuos de hormigón [12] , es posible preparar pequeños moldes con antelación.
El principal indicador que caracteriza al hormigón es la resistencia a la compresión. Establece la clase de hormigón.
La clase B del hormigón es la resistencia cúbica (prisma) en MPa, tomada con una seguridad garantizada (nivel de confianza) de 0,95. Esto significa que la propiedad establecida por la clase se proporciona al menos 95 veces de cada 100, y solo en cinco casos se puede esperar que no se cumpla.
De acuerdo con SNiP 2.03.01-84 "Estructuras de hormigón y hormigón armado", la clase se indica con la letra latina "B" y números que muestran la presión soportada en mega pascales (MPa). Por ejemplo, la designación B25 significa que los cubos estándar (150 × 150 × 150 mm) de hormigón de esta clase pueden soportar una presión de 25 MPa en el 95 % de los casos. Para calcular el índice de resistencia, también es necesario tener en cuenta los coeficientes, por ejemplo, para concreto de clase B25 en términos de resistencia a la compresión, la resistencia estándar Rbn utilizada en los cálculos es 18.5 MPa y la resistencia de diseño Rb es 14.5 MPa.
La edad del hormigón, correspondiente a su clase en términos de resistencia a la compresión y tensión axial, se asigna durante el diseño, en función de los posibles términos reales de cargar la estructura con las cargas de diseño, el método de montaje y las condiciones de endurecimiento del hormigón. A falta de estos datos, la clase concreta se establece a la edad de 28 días.
Junto con las clases, la resistencia del hormigón también se establece por grados, denotados por la letra latina "M" y números del 50 al 1000, que indican la resistencia a la compresión en kgf/cm². GOST 26633-91 “Concreto pesado y de grano fino. Especificaciones” establece la siguiente correspondencia entre grados y clases con un coeficiente de variación de la resistencia del hormigón del 13,5%:
Clase de resistencia del hormigón | La marca de hormigón más cercana en términos de resistencia. | Designación internacional moderna [13] |
---|---|---|
B3.5 | M50 | — |
B5 | M75 | — |
B7.5 | M100 | — |
B10 | M150 | C8/10 |
B12.5 | M150 | 10/12,5 С |
B15 | M200 | C12/15 |
B20 | M250 | C16/20 |
B22.5 | M300 | С18/22.5 |
B25 | M350 | C20/25 |
B27.5 | M350 | С22/27.5 |
B30 | M400 | C25/30 |
B35 | M450 | C28/35 |
— | — | C30/37 |
B40 | M550 | С32/40 |
B45 | M600 | С35/45 |
B50 | M700 | 40/50 С |
B55 | M750 | 45/55 |
B60 | M800 | 50/60 С |
— | — | C55/67 |
B70 | M900 | — |
— | — | 60/75 С |
B80 | M1000 | — |
— | — | 70/85 С |
B90 | — | — |
— | — | 80/95 |
B100 | — | — |
— | — | 90/105 С |
B110 | — | — |
B120 | — | — |
Esta tabla se eliminó de la versión actual de GOST 26633-2015.
Hasta el momento de la prueba, las muestras de concreto deben almacenarse en cámaras de endurecimiento normales , la resistencia de la estructura terminada puede verificarse mediante métodos de prueba no destructivos utilizando martillos Kashkarov , Fizdel o Schmidt , esclerómetros de varios diseños, dispositivos ultrasónicos y otros.
Según GOST 7473-2010, según la trabajabilidad (indicada por la letra "P"), los hormigones se distinguen:
GOST establece las siguientes designaciones para las mezclas de concreto según su trabajabilidad:
Grado de trabajabilidad | Estándar de rigidez, s | Calado del cono, cm |
---|---|---|
Mezclas súper duras | ||
SG3 | Más de 100 | - |
SG2 | 51-100 | - |
SG1 | menos de 50 | - |
Mezclas rígidas | ||
G4 | 31-60 | - |
F3 | 21-30 | - |
G2 | 11-20 | - |
G1 | 5-10 | - |
Mezclas móviles | ||
P1 | 4 o menos | 1-4 |
P2 | - | 5-9 |
P3 | - | 10-15 |
P4 | - | 16-20 |
P5 | - | 21 o mayor |
El índice de trabajabilidad tiene una importancia decisiva en el hormigonado con bomba de hormigón . Para el bombeo se utilizan mezclas con un índice de trabajabilidad de al menos P2.
Las cámaras climáticas de prueba se utilizan para probar la resistencia a las heladas y al agua del hormigón .
El uso de aditivos permite influir significativamente en mezclas, hormigones y morteros otorgándoles propiedades específicas. GOST 24211-2008 “Aditivos para hormigones y morteros. Especificaciones Generales” ofrece la siguiente clasificación de aditivos:
De acuerdo con GOST 7473-2010, la designación de la mezcla de concreto debe consistir en:
Por ejemplo, una mezcla de hormigón listo para usar de hormigón pesado de clase de resistencia a la compresión B25, grado de trabajabilidad P3, resistencia a las heladas F200 y resistencia al agua W6 debe designarse como BST V25 P3 F200 W6 GOST 7473-2010 . En la práctica comercial, también es habitual separar los hormigones especiales VS de alta resistencia y los hormigones con el uso de piedra triturada de una fracción fina de CM (la llamada "semilla") en una categoría separada.
La protección impermeabilizante del hormigón se divide en primaria y secundaria. Las medidas primarias incluyen medidas que aseguran la impermeabilidad del material estructural de la estructura. Al revestimiento secundario - adicional de las superficies de las estructuras con materiales impermeabilizantes (membranas) desde el lado de la exposición directa a un ambiente agresivo [14] .
Las medidas de protección primaria implican el uso de materiales con mayor resistencia a la corrosión en un ambiente agresivo, además de proporcionar una baja permeabilidad del hormigón. Las medidas de protección primaria también incluyen la selección de contornos geométricos racionales y formas de estructuras, la asignación de categorías de resistencia a la fisuración y el ancho máximo permitido de abertura de fisura, la consideración de la combinación de cargas y la determinación de una abertura de fisura corta, la designación del espesor de la capa protectora de hormigón, teniendo en cuenta su impermeabilidad. Además, la protección primaria se puede atribuir al uso de materiales capilares integrales: impermeabilización con mezclas de construcción de acción penetrante . Al mismo tiempo, la estructura del hormigón se compacta y aumenta la resistencia al agua, la resistencia a las heladas, la resistencia a la compresión y la resistencia a la corrosión durante toda la vida útil.
La tarea de la protección secundaria es prevenir o limitar la posibilidad de contacto entre un ambiente agresivo y el concreto. Como protección secundaria se utilizan impregnaciones de desempolvado, revestimientos de capa fina, suelos autonivelantes y revestimientos de alto relleno. Muy a menudo, los componentes de epoxi, poliuretano y poliéster se utilizan como aglutinante en la producción de composiciones poliméricas. El mecanismo de protección de la base de hormigón consiste en compactar la capa superficial y aislar la superficie.
El problema de proteger el hormigón de la corrosión química y eléctrica es especialmente grave para las instalaciones de transporte ferroviario, donde las corrientes de fuga parásitas se combinan con una exposición química agresiva.
Un inconveniente significativo del hormigón se revela durante la construcción en invierno, cuando la resistencia de las estructuras de hormigón que se erigen está en riesgo debido a las bajas temperaturas. Por esta razón, existe la necesidad de un calentamiento forzado del hormigón.
Métodos básicos y adicionales de calentamiento de hormigón [15] :
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