Publicación: Efectos del uso de polímeros superabsorbentes (SAP) como agente de curado interno en el desempeño mecánico y la durabilidad del concreto
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Resumen en español
RESUMEN: Durante el proceso constructivo de obras civiles, el curado del concreto contribuye al desarrollo de las propiedades características del concreto en estado fresco y endurecido, entre ellas: cohesividad, manejabilidad, resistencia y durabilidad. El uso de concretos de alto desempeño (High Performance Concrete), caracterizados por su baja relación agua/cemento (a/c), ha permitido construir estructuras con niveles de desempeño superior en términos mecánicos y de durabilidad, dado su alta resistencia a la compresión, baja permeabilidad, entre otras propiedades. Sin embargo, dado su alto contenido de cemento y baja disponibilidad de agua incrementan el requerimiento de curado externo e interno. Recientemente se han adelantado desarrollos en la tecnología del concreto tales como el curado interno, la cual surgió como una tecnología de curado que provee reservas internas de agua para garantizar mayor nivel de curado y el correcto desarrollo de las propiedades del concreto. Diversos estudios han identificado que el curado interno contribuye al incremento del grado de hidratación del cemento, densificación de la microestructura del concreto, reducción de los niveles de auto-desecación y contracción autógena y posiblemente menor nivel de agrietamiento prematuro. En consecuencia, la durabilidad y vida útil de servicio de estructuras de concreto podrían incrementar. Para el ejercicio investigativo de este trabajo, se estudió el efecto del uso de polímeros superabsorbentes (SAP) como agente de curado interno en mezclas de concreto preparadas con muestras de cementos que varían en contenido de álcalis, también denominado sodio equivalente. La importancia de esta variante radica en que previos estudios han identificado que el nivel de álcalis del cemento, tales como sodio y potasio, tiene un impacto en la cinética de absorción de los polímeros SAP. Durante esta investigación se estudiaron diferentes propiedades del concreto, tales como: manejabilidad, resistencia a la compresión, permeabilidad a la penetración al ion cloruro y en morteros, contracción por secado. Durante este estudio, se utilizaron dos muestras de cemento etiquetadas como Cem1 y Cem2, cada una con diferente nivel de sodio equivalente (Na2Oeq) y se tomaron porcentajes de adición de 0,20% y 0,40% de SAP con respecto al peso de cemento. Cada escenario estudiado fue evaluado con respecto a una mezcla de referencia. De acuerdo con los resultados, las mezclas de concreto preparadas con Cem2 presentaron los mayores valores para resistencia a la compresión y mayor resistencia a la penetración de cloruros, lo cual podría positivamente beneficiar la durabilidad y vida útil de servicio de las estructuras de concreto reforzado. Igualmente se presentaron beneficios para en términos de cambios volumétricos dado que los valores de contracción por secado obtenidos son menores para las muestras preparadas utilizando polímeros SAP, especialmente en mezclas de mortero preparadas con la muestra Cem2. Por lo anterior, el curado interno a través de SAP en cementos con niveles superiores de sodio equivalente (Na2Oeq) podrían mejorar el desarrollo de propiedades mecánicas e incrementar la durabilidad de estructuras de concreto reforzado.
Resumen en inglés
ABSTRACT: During the construction process of civil engineering construction projects, concrete curing contributes to the appropriate development of concrete properties in both fresh and hardened state; for instance, cohesion, workability, strength, and durability. The incremental use of High-Performance Concrete (HPC), which is known by its low water/cement (a/c) ratio, has enabled the construction of structures that demand higher performance levels regarding mechanical and durability properties. Such performance is driven by the high cementitious content and limited water availability. Therefore, there is a clear need for appropriate external and internal curing of concrete structures at early age. Emerging technologies in the concrete industry such as internal curing (IC) of concrete have been introduced as internal water reservoirs that provide further degree of hydration (DOH), maintain internal relative humidity (IRH), contribute to the strength development of cementitious materials, lower the impacts of self-desiccation, and reduce drying shrinkage. These findings have been backed up with multiple studies in which the authors have highlighted the use of IC mechanisms to widen lifetime of reinforced concrete structures. In this research, a study of the influence of cement alkalinity when Superabsorbent Polymers (SAP) are used as the internal curing mechanism in concrete was developed. For this case, selected commercial concrete mixtures were assessed using cement samples that differ in alkali content, also referenced as sodium equivalent. According to the literature, this variable, which is determined by the sodium and potassium content, has been proven to have effects on the absorption kinetics and efficiency of SAP. The scope of this investigation covers the determination of concrete properties in both fresh and hardened state such as: workability, compressive strength, rapid chloride penetration, and drying shrinkage. A framework of two (2) cement samples and two (2) SAP addition was determined. The cement samples were labeled as Cem1 and Cem2. The former corresponds to the as-supplied cement sample whereas the latter corresponds to the cement sample with higher sodium equivalent (Na2Oeq) value. Superabsorbent polymers were evaluated at 0.20% and 0.40% by weight of cement (bwc) and considered for IC mixes in which the SAP was added for internal curing purposes. According to the findings, higher compressive strength and higher resistance of concrete to chloride penetration were obtained for samples prepared using Cem2. Therefore, concrete samples prepared with Cem2 and SAP delivered further benefits regarding durability and service life of reinforced concrete structures. In contrast, a significant decrease in workability behavior was experienced by internally cured mixes prepared with Cem2. In mortars, lower drying shrinkage values were obtained for internally cured mixes prepared with Cem1 and Cem2. However, the mortar mix prepared using a combination of Cem2 and 0.40% bwc delivered the best reduction in drying shrinkage values, which may result in more durable and long-lasting service life of concrete structures due to a reduction in potential for early-age cracking of concrete.