El hormigón es un material compuesto compuesto de áridos finos y gruesos unidos con un cemento fluido (pasta de cemento) que se endurece (cura) con el tiempo. En el pasado, los aglutinantes de cemento a base de cal , como la masilla de cal, se usaban a menudo, pero a veces con otros cementos hidráulicos , como un cemento de aluminato de calcio o con cemento Portland para formar hormigón de cemento Portland (llamado así por su parecido visual con la piedra Portland ). [2] [3] Existen muchos otros tipos de concreto no cementoso con otros métodos para unir agregados, incluyendoHormigón asfáltico con aglutinante bituminoso , que se utiliza con frecuencia para superficies de carreteras , y hormigones poliméricos que utilizan polímeros como aglutinante. El hormigón es distinto del mortero . Mientras que el hormigón es en sí mismo un material de construcción, el mortero es un agente de unión que normalmente mantiene unidos ladrillos , tejas y otras unidades de mampostería. [4]
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Cuando el agregado se mezcla con cemento Portland seco y agua , la mezcla forma una suspensión fluida que se vierte y moldea fácilmente. El cemento reacciona con el agua y otros ingredientes para formar una matriz dura que une los materiales en un material duradero similar a la piedra que tiene muchos usos. [5] A menudo, se incluyen aditivos (como puzolanas o superplastificantes ) en la mezcla para mejorar las propiedades físicas de la mezcla húmeda o del material terminado. La mayor parte del hormigón se vierte con materiales de refuerzo (como barras de refuerzo ) incrustados para proporcionar resistencia a la tracción y ceder el hormigón armado .
El hormigón es uno de los materiales de construcción más utilizados. Su uso en todo el mundo, tonelada por tonelada, es el doble que el del acero, la madera, los plásticos y el aluminio combinados. [6] A nivel mundial, se proyecta que la industria del concreto premezclado, el segmento más grande del mercado del concreto, supere los $ 600 mil millones en ingresos para el 2025. [7] Este uso generalizado da como resultado una serie de impactos ambientales . En particular, el proceso de producción de cemento produce grandes volúmenes de emisiones de gases de efecto invernadero , lo que genera un 8% neto de las emisiones globales. [8] [9] Se están realizando importantes investigaciones y desarrollos para tratar de reducir las emisiones o convertir el hormigón en una fuente de secuestro de carbono . Otras preocupaciones ambientales incluyen la extracción ilegal de arena generalizada , los impactos en el medio ambiente circundante, como el aumento de la escorrentía superficial o el efecto de isla de calor urbano , y las posibles consecuencias para la salud pública de los ingredientes tóxicos. El hormigón también se utiliza para mitigar la contaminación de otras industrias, capturando desechos como cenizas volantes de carbón o relaves y residuos de bauxita .
Etimología
La palabra concreto proviene de la palabra latina " concretus " (que significa compacto o condensado), [10] el participio pasivo perfecto de " concrescere ", de " con -" (juntos) y " crescere " (crecer).
Historia
Tiempos antiguos
El hormigón maya en las ruinas de Uxmal se menciona en Incidentes de viaje en Yucatán de John L. Stephens . "El techo es plano y se ha cubierto con cemento". "Los pisos eran de cemento, en algunos lugares duros, pero, por una exposición prolongada, estaban rotos y ahora se desmoronaban bajo los pies". "Pero todo el muro era sólido, y consistía en grandes piedras incrustadas en argamasa, casi tan duras como la roca".
La producción a pequeña escala de materiales similares al hormigón fue iniciada por los comerciantes nabateos que ocuparon y controlaron una serie de oasis y desarrollaron un pequeño imperio en las regiones del sur de Siria y el norte de Jordania desde el siglo IV a. C. Descubrieron las ventajas de la cal hidráulica , con algunas propiedades autocementantes, hacia el año 700 a. C. Construyeron hornos para suministrar mortero para la construcción de casas de mampostería de escombros , pisos de concreto y cisternas impermeables subterráneas . Mantuvieron las cisternas en secreto, ya que permitieron a los nabateos prosperar en el desierto. [11] Algunas de estas estructuras sobreviven hasta el día de hoy. [11]
Era clasica
En la época del Antiguo Egipto y la época romana posterior , los constructores descubrieron que agregar ceniza volcánica a la mezcla permitía que se hundiera bajo el agua.
Se encontraron pisos de concreto en el palacio real de Tirinto , Grecia, que data aproximadamente del 1400 al 1200 a. C. [12] [13] Los morteros de cal se utilizaron en Grecia, Creta y Chipre en el 800 a. C. El acueducto asirio de Jerwan (688 a. C.) hizo uso de hormigón impermeable . [14] El hormigón se utilizó para la construcción de muchas estructuras antiguas. [15]
Los romanos utilizaron el hormigón de forma extensiva desde el 300 a. C. hasta el 476 d. C. [16] Durante el Imperio Romano, el hormigón romano (u opus caementicium ) se fabricaba con cal viva , puzolana y un agregado de piedra pómez . Su uso generalizado en muchas estructuras romanas , un evento clave en la historia de la arquitectura denominado revolución arquitectónica romana , liberó a la construcción romana de las restricciones de los materiales de piedra y ladrillo. Permitió nuevos diseños revolucionarios en términos de complejidad estructural y dimensión. [17] El Coliseo de Roma fue construido principalmente de hormigón, y la cúpula de hormigón del Panteón es la cúpula de hormigón no reforzado más grande del mundo. [18]
El hormigón, como lo conocían los romanos, era un material nuevo y revolucionario. Colocado en forma de arcos , bóvedas y cúpulas , se endureció rápidamente hasta convertirse en una masa rígida, libre de muchos de los empujes y tensiones internas que preocupaban a los constructores de estructuras similares en piedra o ladrillo. [19]
Las pruebas modernas muestran que el opus caementicium tenía tanta resistencia a la compresión como el concreto moderno de cemento Portland (aproximadamente 200 kg / cm 2 [20 MPa; 2800 psi]). [20] Sin embargo, debido a la ausencia de refuerzo, su resistencia a la tracción era mucho menor que la del hormigón armado moderno , y su modo de aplicación también difería: [21]
El hormigón estructural moderno se diferencia del hormigón romano en dos detalles importantes. En primer lugar, la consistencia de la mezcla es fluida y homogénea, lo que permite verterla en formas en lugar de requerir capas manuales junto con la colocación de agregados, que, en la práctica romana, a menudo consistía en escombros . En segundo lugar, el acero de refuerzo integral confiere a los conjuntos de hormigón modernos una gran resistencia a la tensión, mientras que el hormigón romano solo puede depender de la resistencia de la unión del hormigón para resistir la tensión. [22]
Se ha descubierto que la durabilidad a largo plazo de las estructuras de hormigón romanas se debe al uso de cenizas y rocas piroclásticas (volcánicas), por lo que la cristalización de esträtlingita (un hidrato de aluminosilicato de calcio específico y complejo) [23] y la coalescencia de este y Los aglutinantes cementantes similares de calcio-silicato de aluminio-hidrato ayudaron a darle al concreto un mayor grado de resistencia a la fractura incluso en ambientes sísmicamente activos. [24] El hormigón romano es significativamente más resistente a la erosión por el agua de mar que el hormigón moderno; utilizó materiales piroclásticos que reaccionan con el agua de mar para formar cristales de Altobermorita con el tiempo. [25] [26]
El uso generalizado del hormigón en muchas estructuras romanas aseguró que muchas sobrevivieran hasta nuestros días. Las Termas de Caracalla en Roma son solo un ejemplo. Muchos acueductos y puentes romanos , como el magnífico Pont du Gard en el sur de Francia, tienen un revestimiento de mampostería sobre un núcleo de hormigón, al igual que la cúpula del Panteón .
Después del colapso del Imperio Romano, el uso de hormigón se volvió poco común hasta que la tecnología se volvió a desarrollar a mediados del siglo XVIII. En todo el mundo, el hormigón ha superado al acero en cuanto a tonelaje de material utilizado. [27]
Edad media
Después del Imperio Romano, el uso de cal quemada y puzolana se redujo considerablemente. Las bajas temperaturas del horno en la combustión de la cal, la falta de puzolana y la mala mezcla contribuyeron a una disminución de la calidad del hormigón y el mortero. A partir del siglo XI, el mayor uso de la piedra en la construcción de iglesias y castillos llevó a una mayor demanda de mortero. La calidad comenzó a mejorar en el siglo XII gracias a una mejor molienda y cribado. Los morteros y hormigones medievales de cal no eran hidráulicos y se utilizaban para encuadernar mampostería, "descorazonamiento" (unión de núcleos de mampostería de escombros ) y cimientos. Bartholomaeus Anglicus en su De ownertatibus rerum (1240) describe la fabricación de mortero. En una traducción al inglés de 1397, dice "lyme ... es un brent de piedra; por medio del mismo se hace una sonda y un sement de agua". A partir del siglo XIV, la calidad del mortero volvió a ser excelente, pero solo a partir del siglo XVII se añadió comúnmente la puzolana. [28]
El Canal du Midi se construyó con hormigón en 1670. [29]
Era industrial
Quizás el mayor paso adelante en el uso moderno del hormigón fue la Torre de Smeaton , construida por el ingeniero británico John Smeaton en Devon, Inglaterra, entre 1756 y 1759. Este tercer faro de Eddystone fue pionero en el uso de cal hidráulica en el hormigón, utilizando guijarros y ladrillos en polvo como agregar. [30]
Un método para producir cemento Portland fue desarrollado en Inglaterra y patentado por Joseph Aspdin en 1824. [31] Aspdin eligió el nombre por su similitud con la piedra Portland , que se extraía en la isla de Portland en Dorset , Inglaterra. Su hijo William continuó con los desarrollos en la década de 1840, lo que le valió el reconocimiento por el desarrollo del cemento Portland "moderno". [32]
El hormigón armado fue inventado en 1849 por Joseph Monier . [33] y la primera casa de hormigón armado fue construida por François Coignet [34] en 1853. El primer puente de hormigón armado fue diseñado y construido por Joseph Monier en 1875. [35]
Composición
El hormigón es un material compuesto, que comprende una matriz de agregado (típicamente un material rocoso) y un aglutinante (típicamente cemento Portland o asfalto ), que mantiene unida la matriz. Hay muchos tipos de hormigón disponibles, determinados por las formulaciones de aglutinantes y los tipos de áridos utilizados para adaptarse a la aplicación del material. Estas variables determinan la resistencia y la densidad, así como la resistencia química y térmica del producto terminado.
El agregado consiste en grandes trozos de material en una mezcla de concreto, generalmente una grava gruesa o rocas trituradas como piedra caliza o granito , junto con materiales más finos como arena .
Un cemento , más comúnmente cemento Portland, es el tipo más común de aglutinante de concreto. Para los aglutinantes cementosos, el agua se mezcla con el polvo seco y el agregado, lo que produce una suspensión semilíquida a la que se le puede dar forma, normalmente vertiéndola en una forma. El hormigón se solidifica y endurece mediante un proceso químico llamado hidratación . El agua reacciona con el cemento, que une los otros componentes entre sí, creando un material robusto similar a la piedra. A veces se agregan otros materiales cementosos, como cenizas volantes y cemento de escoria , ya sea premezclado con el cemento o directamente como un componente de concreto, y se convierten en parte del aglutinante del agregado. [36] Las cenizas volantes y la escoria pueden mejorar algunas propiedades del hormigón, como las propiedades frescas y la durabilidad. [36]
Se agregan aditivos para modificar la velocidad de curado o las propiedades del material. Los aditivos minerales utilizan materiales reciclados como ingredientes del hormigón. Los materiales llamativos incluyen cenizas volantes , un subproducto de las centrales eléctricas de carbón ; escoria de alto horno granulada molida , un subproducto de la fabricación de acero ; y humo de sílice , un subproducto de los hornos industriales de arco eléctrico .
Las estructuras que emplean hormigón de cemento Portland suelen incluir refuerzo de acero porque este tipo de hormigón puede formularse con una alta resistencia a la compresión , pero siempre tiene una menor resistencia a la tracción . Por lo tanto, generalmente se refuerza con materiales que son fuertes en tensión, generalmente barras de refuerzo de acero .
También se pueden utilizar otros materiales como aglutinante de hormigón: la alternativa más frecuente es el asfalto , que se utiliza como aglutinante en el hormigón asfáltico .
El diseño de la mezcla depende del tipo de estructura que se está construyendo, cómo se mezcla y entrega el hormigón y cómo se coloca para formar la estructura.
Cemento
El cemento Portland es el tipo de cemento más común en el uso general. Es un ingrediente básico del hormigón, mortero y muchos revoques . El albañil británico Joseph Aspdin patentó el cemento Portland en 1824. Fue nombrado por la similitud de su color con la piedra caliza de Portland , extraída de la isla inglesa de Portland y utilizada ampliamente en la arquitectura de Londres. Consiste en una mezcla de silicatos de calcio ( alita , belita ), aluminatos y ferritas, compuestos que combinan calcio, silicio, aluminio y hierro en formas que reaccionarán con el agua. El cemento Portland y materiales similares se fabrican calentando piedra caliza (una fuente de calcio) con arcilla o pizarra (una fuente de silicio, aluminio y hierro) y triturando este producto (llamado clínker ) con una fuente de sulfato (más comúnmente yeso ).
En los hornos de cemento modernos , se utilizan muchas características avanzadas para reducir el consumo de combustible por tonelada de clínker producida. Los hornos de cemento son instalaciones industriales extremadamente grandes, complejas e intrínsecamente polvorientas, y tienen emisiones que deben controlarse. De los diversos ingredientes utilizados para producir una determinada cantidad de hormigón, el cemento es el más caro energéticamente. Incluso los hornos complejos y eficientes requieren de 3,3 a 3,6 gigajulios de energía para producir una tonelada de clínker y luego molerlo para convertirlo en cemento . Muchos hornos pueden alimentarse con desechos difíciles de eliminar, siendo los más comunes los neumáticos usados. Las temperaturas extremadamente altas y los largos períodos de tiempo a esas temperaturas permiten que los hornos de cemento quemen de manera eficiente y completa incluso los combustibles difíciles de usar. [37]
Agua
La combinación de agua con un material cementoso forma una pasta de cemento mediante el proceso de hidratación. La pasta de cemento pega el agregado, llena los huecos dentro de él y lo hace fluir más libremente. [38]
Como lo establece la ley de Abrams , una relación agua-cemento más baja produce un concreto más fuerte y duradero , mientras que más agua produce un concreto que fluye más libremente con un asentamiento más alto . [39] El agua impura que se usa para hacer concreto puede causar problemas al fraguar o causar fallas prematuras de la estructura. [40] La hidratación implica muchas reacciones, que a menudo ocurren al mismo tiempo. A medida que avanzan las reacciones, los productos del proceso de hidratación del cemento unen gradualmente las partículas individuales de arena y grava y otros componentes del hormigón para formar una masa sólida. [41]
Reacción: [41]
- Notación química del cemento : C 3 S + H → CSH + CH
- Notación estándar: Ca 3 SiO 5 + H 2 O → (CaO) · (SiO 2 ) · (H 2 O) (gel) + Ca (OH) 2
- Equilibrado: 2Ca 3 SiO 5 + 7H 2 O → 3 (CaO) · 2 (SiO 2 ) · 4 (H 2 O) (gel) + 3Ca (OH) 2 (aproximadamente; las proporciones exactas de CaO, SiO 2 y H 2 O en CSH puede variar)
Agregados
Los agregados finos y gruesos constituyen la mayor parte de una mezcla de hormigón. La arena , la grava natural y la piedra triturada se utilizan principalmente para este propósito. Los agregados reciclados (de residuos de construcción, demolición y excavación) se utilizan cada vez más como reemplazos parciales de los agregados naturales, mientras que también se permiten una serie de agregados manufacturados, incluida la escoria de alto horno enfriada por aire y las cenizas de fondo .
La distribución del tamaño del agregado determina la cantidad de aglutinante que se requiere. Los agregados con una distribución de tamaño muy uniforme tienen los huecos más grandes, mientras que la adición de agregados con partículas más pequeñas tiende a llenar estos huecos. El aglutinante debe llenar los espacios entre el agregado, así como pegar las superficies del agregado, y es típicamente el componente más caro. Por lo tanto, la variación en los tamaños del agregado reduce el costo del hormigón. [42] El agregado es casi siempre más fuerte que el aglomerante, por lo que su uso no afecta negativamente la resistencia del hormigón.
La redistribución de los agregados después de la compactación a menudo crea falta de homogeneidad debido a la influencia de la vibración. Esto puede provocar gradientes de fuerza. [43]
Las piedras decorativas como la cuarcita , las piedras de río pequeñas o el vidrio triturado a veces se agregan a la superficie del concreto para obtener un acabado decorativo de "agregado expuesto", popular entre los diseñadores de paisajes.
Reforzamiento
El concreto es fuerte en compresión , ya que el agregado soporta eficientemente la carga de compresión. Sin embargo, es débil en tensión ya que el cemento que sostiene el agregado en su lugar puede agrietarse, permitiendo que la estructura falle. El hormigón armado añade ya sea de acero barras de refuerzo , fibras de acero , aramida fibras, fibras de carbono , fibras de vidrio , o fibras de plástico a llevar cargas de tracción .
Ingredientes
Los aditivos son materiales en forma de polvo o fluidos que se agregan al concreto para darle ciertas características que no se pueden obtener con mezclas de concreto simples. Los aditivos se definen como adiciones "hechas mientras se prepara la mezcla de hormigón". [44] Los aditivos más comunes son retardadores y aceleradores. En uso normal, las dosis de aditivo son menos del 5% en masa de cemento y se agregan al concreto en el momento de la dosificación / mezclado. [45] (Ver § Producción a continuación). Los tipos comunes de aditivos [46] son los siguientes:
- Los aceleradores aceleran la hidratación (endurecimiento) del hormigón. Los materiales típicos utilizados son cloruro de calcio , nitrato de calcio y nitrato de sodio . Sin embargo, el uso de cloruros puede causar corrosión en las armaduras de acero y está prohibido en algunos países, por lo que se pueden favorecer los nitratos, aunque sean menos efectivos que la sal de cloruro. Los aditivos aceleradores son especialmente útiles para modificar las propiedades del hormigón en climas fríos.
- Los agentes incorporadores de aire agregan y arrastran pequeñas burbujas de aire en el concreto, lo que reduce el daño durante los ciclos de congelación-descongelación , aumentando la durabilidad . Sin embargo, el aire arrastrado implica una compensación con la resistencia, ya que cada 1% de aire puede disminuir la resistencia a la compresión en un 5%. [47] Si queda demasiado aire atrapado en el concreto como resultado del proceso de mezclado, se pueden usar antiespumantes para estimular la aglomeración de la burbuja de aire, subir a la superficie del concreto húmedo y luego dispersarse.
- Los agentes adhesivos se utilizan para crear una unión entre el hormigón viejo y el nuevo (normalmente un tipo de polímero) con una amplia tolerancia a la temperatura y resistencia a la corrosión.
- Los inhibidores de corrosión se utilizan para minimizar la corrosión del acero y las barras de acero en el hormigón.
- Los aditivos cristalinos se añaden típicamente durante la preparación del hormigón para reducir la permeabilidad. La reacción tiene lugar cuando se expone al agua y partículas de cemento no hidratadas para formar cristales insolubles en forma de aguja, que llenan los poros capilares y las microgrietas en el hormigón para bloquear las vías del agua y los contaminantes a través del agua. Se puede esperar que el concreto con aditivo cristalino se auto selle, ya que la exposición constante al agua iniciará continuamente la cristalización para garantizar una protección impermeable permanente.
- Los pigmentos se pueden utilizar para cambiar el color del hormigón, por estética.
- Los plastificantes aumentan la trabajabilidad del plástico, u hormigón "fresco", permitiendo su colocación más fácil, con menos esfuerzo de consolidación. Un plastificante típico es el lignosulfonato. Los plastificantes se pueden utilizar para reducir el contenido de agua de un hormigón mientras se mantiene la trabajabilidad y, a veces, se denominan reductores de agua debido a este uso. Dicho tratamiento mejora sus características de resistencia y durabilidad.
- Los superplastificantes (también llamados reductores de agua de alto rango) son una clase de plastificantes que tienen menos efectos nocivos y pueden usarse para aumentar la trabajabilidad más de lo que es práctico con los plastificantes tradicionales. Los superplastificantes se utilizan para aumentar la resistencia a la compresión. Aumenta la trabajabilidad del hormigón y reduce la necesidad de contenido de agua en un 15-30%. Los superplastificantes producen efectos retardadores.
- Las ayudas de bombeo mejoran la capacidad de bombeo, espesan la pasta y reducen la separación y el sangrado.
- Los retardadores ralentizan la hidratación del hormigón y se utilizan en vertidos grandes o difíciles donde el fraguado parcial no es deseable antes de completar el vertido. Los retardadores de poliol típicos son azúcar , sacarosa , gluconato de sodio , glucosa , ácido cítrico y ácido tartárico .
Aditivos minerales y cementos mezclados
Propiedad | cemento Portland | Cenizas volantes silíceas [b] | Cenizas volantes calcáreas [c] | Cemento de escoria | Humo de sílice | |
---|---|---|---|---|---|---|
SiO 2 | 21,9 | 52 | 35 | 35 | 85–97 | |
Al 2 O 3 | 6,9 | 23 | 18 | 12 | - | |
Fe 2 O 3 | 3 | 11 | 6 | 1 | - | |
CaO | 63 | 5 | 21 | 40 | <1 | |
MgO | 2.5 | - | - | - | - | |
SO 3 | 1,7 | - | - | - | - | |
Superficie específica [d] (m 2 / kg) | 370 | 420 | 420 | 400 | 15.000– 30.000 | |
Gravedad específica | 3,15 | 2,38 | 2,65 | 2,94 | 2.22 | |
Uso general en hormigón | Carpeta primaria | Reemplazo de cemento | Reemplazo de cemento | Reemplazo de cemento | Potenciador de la propiedad | |
|
Materiales inorgánicos que tienen propiedades puzolánicas o hidráulicas latentes, estos materiales de grano muy fino se agregan a la mezcla de concreto para mejorar las propiedades del concreto (aditivos minerales), [45] o como reemplazo del cemento Portland (cementos combinados). [51] Se están ensayando y utilizando productos que incorporan piedra caliza, cenizas volantes, escoria de alto horno y otros materiales útiles con propiedades puzolánicas en la mezcla. Este desarrollo se debe a que la producción de cemento es uno de los mayores productores (alrededor del 5 al 10%) de las emisiones globales de gases de efecto invernadero [52] , además de reducir los costos, mejorar las propiedades del hormigón y reciclar los desechos.
- Cenizas volantes : un subproducto de las plantas generadoras de electricidad a carbón , se utiliza para reemplazar parcialmente el cemento Portland (hasta en un 60% en masa). Las propiedades de las cenizas volantes dependen del tipo de carbón quemado. En general, las cenizas volantes silíceas son puzolánicas, mientras que las cenizas volantes calcáreas tienen propiedades hidráulicas latentes. [53]
- Escoria de alto horno granulada molida (GGBFS o GGBS): un subproducto de la producción de acero se utiliza para reemplazar parcialmente el cemento Portland (hasta en un 80% en masa). Tiene propiedades hidráulicas latentes. [54]
- Humo de sílice : un subproducto de la producción de aleaciones de silicio y ferrosilicio . El humo de sílice es similar a las cenizas volantes, pero tiene un tamaño de partícula 100 veces más pequeño. Esto da como resultado una relación superficie-volumen más alta y una reacción puzolánica mucho más rápida. El humo de sílice se usa para aumentar la resistencia y durabilidad del concreto, pero generalmente requiere el uso de superplastificantes para su trabajabilidad. [55]
- Metacaolín de alta reactividad (HRM): el metacaolín produce hormigón con resistencia y durabilidad similar al hormigón hecho con humo de sílice. Si bien el humo de sílice suele ser de color gris oscuro o negro, el metacaolín de alta reactividad suele ser de color blanco brillante, lo que lo convierte en la opción preferida para el hormigón arquitectónico donde la apariencia es importante.
- Se pueden agregar nanofibras de carbono al concreto para mejorar la resistencia a la compresión y obtener un módulo de Young más alto , y también para mejorar las propiedades eléctricas necesarias para el control de deformaciones, la evaluación de daños y el control de la salud del concreto. La fibra de carbono tiene muchas ventajas en términos de propiedades mecánicas y eléctricas (por ejemplo, mayor resistencia) y comportamiento de autocontrol debido a la alta resistencia a la tracción y alta conductividad. [56]
- Se han agregado productos de carbono para hacer que el concreto sea conductor de electricidad, con fines de deshielo. [57]
Producción
La producción de hormigón es el proceso de mezclar los diversos ingredientes (agua, áridos, cemento y cualquier aditivo) para producir hormigón. La producción de hormigón es sensible al tiempo. Una vez que se mezclan los ingredientes, los trabajadores deben colocar el concreto en su lugar antes de que se endurezca. En el uso moderno, la mayor parte de la producción de hormigón se lleva a cabo en un gran tipo de instalación industrial llamada planta de hormigón o, a menudo, planta de lotes.
En el uso general, las plantas de concreto vienen en dos tipos principales, plantas de concreto premezclado y plantas de mezcla central. Una planta de concreto mezcla todos los ingredientes excepto el agua, mientras que una planta de mezcla central mezcla todos los ingredientes, incluida el agua. Una planta de mezcla central ofrece un control más preciso de la calidad del concreto a través de mejores mediciones de la cantidad de agua agregada, pero debe colocarse más cerca del lugar de trabajo donde se utilizará el concreto, ya que la hidratación comienza en la planta.
Una planta de concreto consta de grandes tolvas de almacenamiento para varios ingredientes reactivos como cemento, almacenamiento de ingredientes a granel como agregados y agua, mecanismos para la adición de varios aditivos y enmiendas, maquinaria para pesar, mover y mezclar con precisión algunos o todos esos ingredientes. e instalaciones para dispensar el hormigón mezclado, a menudo en un camión hormigonera .
El hormigón moderno generalmente se prepara como un fluido viscoso, de modo que se pueda verter en formas, que son contenedores erigidos en el campo para darle al hormigón la forma deseada. El encofrado de hormigón se puede preparar de varias formas, como el encofrado deslizante y la construcción de placas de acero . Alternativamente, el concreto se puede mezclar en secadoras, formas no fluidas y usarse en configuraciones de fábrica para fabricar productos de concreto prefabricado .
Se utiliza una amplia variedad de equipos para procesar hormigón, desde herramientas manuales hasta maquinaria industrial pesada. Independientemente del equipo que utilicen los constructores, sin embargo, el objetivo es producir el material de construcción deseado; Los ingredientes deben mezclarse, colocarse, moldearse y conservarse adecuadamente dentro de los límites de tiempo. Cualquier interrupción en el vertido del concreto puede hacer que el material colocado inicialmente comience a fraguar antes de que se agregue el siguiente lote encima. Esto crea un plano horizontal de debilidad llamado junta fría entre los dos lotes. [58] Una vez que la mezcla está donde debería estar, se debe controlar el proceso de curado para asegurar que el concreto alcance los atributos deseados. Durante la preparación del hormigón, varios detalles técnicos pueden afectar la calidad y la naturaleza del producto.
Mezclar
Una mezcla completa es esencial para producir un hormigón uniforme y de alta calidad.
La mezcla de pasta por separado ha demostrado que la mezcla de cemento y agua en una pasta antes de combinar estos materiales con agregados puede aumentar la resistencia a la compresión del hormigón resultante. [59] La pasta generalmente se mezcla en un mezclador de tipo cizallamiento de alta velocidad a una p / cm (proporción de agua a cemento) de 0,30 a 0,45 en masa. La premezcla de pasta de cemento puede incluir aditivos tales como aceleradores o retardadores, superplastificantes , pigmentos o humo de sílice . Luego, la pasta premezclada se mezcla con los agregados y el agua del lote restante y la mezcla final se completa en un equipo de mezcla de concreto convencional. [60]
Proporciones de mezcla
Las mezclas de concreto se dividen principalmente en dos tipos, mezcla nominal y mezcla de diseño :
Las relaciones nominales de mezcla se dan en volumen de. Las mezclas nominales son una forma sencilla y rápida de hacerse una idea básica de las propiedades del hormigón acabado sin tener que realizar pruebas con antelación.
Varios órganos rectores (como los estándares británicos ) definen las relaciones de mezcla nominales en varios grados, que generalmente van desde una resistencia a la compresión más baja hasta una resistencia a la compresión más alta. Las calificaciones suelen indicar la fuerza del cubo de 28 días. [61] Por ejemplo, en las normas de la India, las mezclas de los grados M10, M15, M20 y M25 corresponden aproximadamente a las proporciones de la mezcla (1: 3: 6), (1: 2: 4), (1: 1,5: 3). y (1: 1: 2) respectivamente. [ cita requerida ]
Un ingeniero decide las proporciones de mezcla de diseño después de analizar las propiedades de los ingredientes específicos que se utilizan. En lugar de usar una 'mezcla nominal' de 1 parte de cemento, 2 partes de arena y 4 partes de agregado (el segundo ejemplo de arriba), un ingeniero civil diseñará a medida una mezcla de concreto para cumplir exactamente con los requisitos del sitio y las condiciones. establecer proporciones de material y, a menudo, diseñar un paquete de aditivos para ajustar las propiedades o aumentar el rendimiento de la mezcla. El concreto de mezcla de diseño puede tener especificaciones muy amplias que no se pueden cumplir con mezclas nominales más básicas, pero la participación del ingeniero a menudo aumenta el costo de la mezcla de concreto.
Viabilidad
La trabajabilidad es la capacidad de una mezcla de concreto fresco (plástico) para llenar la forma / molde correctamente con el trabajo deseado (vertido, bombeo, esparcimiento, apisonamiento, vibración) y sin reducir la calidad del concreto. La trabajabilidad depende del contenido de agua, agregado (distribución de forma y tamaño), contenido de cemento y edad (nivel de hidratación ) y puede modificarse agregando aditivos químicos, como superplastificantes. El aumento del contenido de agua o la adición de aditivos químicos aumenta la trabajabilidad del hormigón. El exceso de agua conduce a un mayor sangrado o segregación de los agregados (cuando el cemento y los agregados comienzan a separarse), y el concreto resultante tiene una calidad reducida. El uso de una mezcla de agregados con una gradación indeseable [ cita requerida ] puede resultar en un diseño de mezcla muy duro con un asentamiento muy bajo, que no se puede hacer más manejable con la adición de cantidades razonables de agua. Una gradación no deseada puede significar el uso de un agregado grande que es demasiado grande para el tamaño del encofrado, o que tiene muy pocas calidades de agregado más pequeñas para servir para llenar los espacios entre los grados más grandes, o usar muy poca o demasiada arena para la misma. razón, o usando muy poca agua, o demasiado cemento, o incluso usando piedra triturada dentada en lugar de un agregado redondo más suave como los guijarros. Cualquier combinación de estos factores y otros puede dar como resultado una mezcla demasiado áspera, es decir, que no fluye o se esparce con suavidad, es difícil de penetrar en el encofrado y difícil de terminar la superficie. [62]
La trabajabilidad se puede medir mediante la prueba de asentamiento del concreto , una medida simple de la plasticidad de un lote fresco de concreto siguiendo las normas de prueba ASTM C 143 o EN 12350-2. El asentamiento normalmente se mide llenando un " cono de Abrams " con una muestra de un lote fresco de concreto. El cono se coloca con el extremo ancho hacia abajo sobre una superficie nivelada no absorbente. Luego se llena en tres capas de igual volumen, y cada capa se apisona con una varilla de acero para consolidar la capa. Cuando el cono se levanta con cuidado, el material encerrado se desploma una cierta cantidad debido a la gravedad. Una muestra relativamente seca se desploma muy poco, con un valor de asentamiento de una o dos pulgadas (25 o 50 mm) de un pie (305 mm). Una muestra de hormigón relativamente húmeda puede caer hasta veinte centímetros. La trabajabilidad también se puede medir mediante la prueba de la tabla de flujo .
El asentamiento se puede aumentar mediante la adición de aditivos químicos como plastificantes o superplastificantes sin cambiar la relación agua-cemento . [63] Algunos otros aditivos, especialmente los aditivos incorporadores de aire, pueden aumentar el asentamiento de una mezcla.
El hormigón de alto flujo, como el hormigón autocompactante , se prueba con otros métodos de medición de flujo. Uno de estos métodos incluye colocar el cono en el extremo estrecho y observar cómo fluye la mezcla a través del cono mientras se eleva gradualmente.
Después de la mezcla, el concreto es un fluido y se puede bombear al lugar donde sea necesario.
Curación
El concreto debe mantenerse húmedo durante el curado para lograr una resistencia y durabilidad óptimas . [64] Durante el curado se produce la hidratación , lo que permite que se forme el hidrato de silicato de calcio (CSH). Por lo general, más del 90% de la resistencia final de una mezcla se alcanza en cuatro semanas, y el 10% restante se logra a lo largo de años o incluso décadas. [65] La conversión de hidróxido de calcio en el hormigón en carbonato de calcio a partir de la absorción de CO 2 durante varias décadas fortalece aún más el hormigón y lo hace más resistente a los daños. Sin embargo, esta reacción de carbonatación reduce el pH de la solución de poros de cemento y puede corroer las barras de refuerzo.
La hidratación y el endurecimiento del hormigón durante los primeros tres días es fundamental. El secado y la contracción anormalmente rápidos debido a factores como la evaporación del viento durante la colocación pueden provocar un aumento de las tensiones de tracción en un momento en el que aún no ha ganado suficiente resistencia, lo que resulta en una mayor agrietamiento por contracción. La resistencia inicial del hormigón se puede incrementar si se mantiene húmedo durante el proceso de curado. Minimizar la tensión antes del curado minimiza el agrietamiento. El concreto de alta resistencia temprana está diseñado para hidratarse más rápido, a menudo mediante un mayor uso de cemento que aumenta la contracción y el agrietamiento. La resistencia del hormigón cambia (aumenta) hasta por tres años. Depende de la dimensión transversal de los elementos y las condiciones de explotación de la estructura. [66] La adición de fibras de polímero de corte corto puede mejorar (reducir) las tensiones inducidas por la contracción durante el curado y aumentar la resistencia a la compresión inicial y final. [67]
El curado adecuado del concreto conduce a una mayor resistencia y menor permeabilidad y evita el agrietamiento donde la superficie se seca prematuramente. También se debe tener cuidado para evitar la congelación o el sobrecalentamiento debido al fraguado exotérmico del cemento. Un curado inadecuado puede causar incrustaciones , resistencia reducida, poca resistencia a la abrasión y agrietamiento .
Técnicas
Durante el período de curado, el hormigón se mantiene idealmente a temperatura y humedad controladas. Para asegurar una hidratación completa durante el curado, las losas de concreto a menudo se rocían con "compuestos de curado" que crean una película que retiene el agua sobre el concreto. Las películas típicas están hechas de cera o compuestos hidrófobos relacionados. Después de que el hormigón esté suficientemente curado, se permite que la película se raspe del hormigón mediante el uso normal. [68]
Las condiciones tradicionales para el curado implican rociar o encharcar la superficie del concreto con agua. La imagen adyacente muestra una de las muchas formas de lograr esto: encharcamiento: sumergir el concreto fraguado en agua y envolverlo en plástico para evitar la deshidratación. Los métodos de curado comunes adicionales incluyen arpillera húmeda y láminas de plástico que cubren el concreto fresco.
Para aplicaciones de mayor resistencia, se pueden aplicar técnicas de curado acelerado al concreto. Una técnica común consiste en calentar el hormigón vertido con vapor, que sirve tanto para mantenerlo húmedo como para elevar la temperatura, de modo que el proceso de hidratación proceda de forma más rápida y completa.
Tipos alternativos
Asfalto
Concreto asfáltico (comúnmente llamado asfalto , [69] asfalto o pavimento en América del Norte, y el asfalto , betún de macadán , o de asfalto laminado en el Reino Unido y la República de Irlanda ) es un material compuesto de uso general para superficies carreteras , aparcamientos , aeropuertos , así como el núcleo de las presas de terraplén . [70] Las mezclas de asfalto se han utilizado en la construcción de pavimentos desde principios del siglo XX. [71] Consiste en agregado mineral unido con asfalto , colocado en capas y compactado. El proceso fue refinado y mejorado por el inventor belga e inmigrante estadounidense Edward De Smedt . [72]
Los términos concreto asfáltico (o asfáltico ) , concreto asfáltico bituminoso y mezcla bituminosa se usan típicamente solo en documentos de ingeniería y construcción, que definen concreto como cualquier material compuesto compuesto de agregado mineral adherido con un aglutinante. La abreviatura, AC , a veces se usa para concreto asfáltico, pero también puede denotar contenido de asfalto o cemento asfáltico , refiriéndose a la porción de asfalto líquido del material compuesto.
Permeable
El hormigón permeable es una mezcla de áridos gruesos especialmente clasificados, cemento, agua y áridos finos poco o nada. Este hormigón también se conoce como hormigón poroso o sin finos. Mezclar los ingredientes en un proceso cuidadosamente controlado crea una pasta que recubre y une las partículas agregadas. El hormigón endurecido contiene vacíos de aire interconectados que suman aproximadamente entre el 15 y el 25 por ciento. El agua corre a través de los huecos en el pavimento hasta el suelo debajo. Los aditivos incorporadores de aire se utilizan a menudo en climas de congelación-descongelación para minimizar la posibilidad de daños por helada. El hormigón permeable también permite que el agua de lluvia se filtre a través de carreteras y estacionamientos, para recargar los acuíferos, en lugar de contribuir a la escorrentía y las inundaciones. [73]
Nanohormigón
El nanohormigón (también llamado " nanohormigón " o "nanohormigón") es una clase de materiales que contiene partículas de cemento Portland que no superan los 100 μm [74] y partículas de sílice que no superan los 500 μm, que llenan los huecos que de lo contrario se produciría en el hormigón normal, lo que aumentaría sustancialmente la resistencia del material. [75] Se usa ampliamente en puentes peatonales y de carreteras donde se indica una alta resistencia a la flexión y a la compresión. [76]
Microbiano
Bacterias como Bacillus pasteurii , Bacillus pseudofirmus , Bacillus cohnii , Sporosarcina pasteuri y Arthrobacter crystallopoietes aumentan la resistencia a la compresión del hormigón a través de su biomasa. No todas las bacterias aumentan significativamente la resistencia del hormigón con su biomasa. [ cita requerida ] Bacillus sp. CT-5. Puede reducir la corrosión del refuerzo en hormigón armado hasta cuatro veces. Sporosarcina pasteurii reduce la permeabilidad al agua y al cloruro. B. pasteurii aumenta la resistencia al ácido. [ cita requerida ] Bacillus pasteurii y B. sphaericuscan inducen la precipitación de carbonato de calcio en la superficie de las grietas, agregando resistencia a la compresión. [77]
Polymer
Polymer concretes are mixtures of aggregate and any of various polymers and may be reinforced. The cement is costlier than lime-based cements, but polymer concretes nevertheless have advantages; they have significant tensile strength even without reinforcement, and they are largely impervious to water. Polymer concretes are frequently used for repair and construction of other applications, such as drains.
Waste Light Concrete
A form of polymer modified concrete. The specific polymer admixture allows the replacement of all the traditional aggregates (gravel, sand, stone) by any mixture of solid waste materials in the grain size of 3-10mm to form a low compressive strength (3-20 N/mm2) product[78] for road and building construction. 1 m3 of waste light concrete contains 1.1-1.3 m3 of shredded waste and no other aggregates.
Seguridad
Grinding of concrete can produce hazardous dust. Exposure to cement dust can lead to issues such as silicosis, kidney disease, skin irritation and similar effects. The U.S. National Institute for Occupational Safety and Health in the United States recommends attaching local exhaust ventilation shrouds to electric concrete grinders to control the spread of this dust.[79] In addition, the Occupational Safety and Health Administration (OSHA) has placed more stringent regulations on companies whose workers regularly come into contact with silica dust. An updated silica rule,[80] which OSHA put into effect 23 September 2017 for construction companies, restricted the amount of respirable crystalline silica workers could legally come into contact with to 50 micrograms per cubic meter of air per 8-hour workday. That same rule went into effect 23 June 2018 for general industry, hydraulic fracturing and maritime. That the deadline was extended to 23 June 2021 for engineering controls in the hydraulic fracturing industry. Companies which fail to meet the tightened safety regulations can face financial charges and extensive penalties.
Propiedades
Concrete has relatively high compressive strength, but much lower tensile strength.[81] Therefore, it is usually reinforced with materials that are strong in tension (often steel). The elasticity of concrete is relatively constant at low stress levels but starts decreasing at higher stress levels as matrix cracking develops. Concrete has a very low coefficient of thermal expansion and shrinks as it matures. All concrete structures crack to some extent, due to shrinkage and tension. Concrete that is subjected to long-duration forces is prone to creep.
Tests can be performed to ensure that the properties of concrete correspond to specifications for the application.
The ingredients affect the strengths of the material. Concrete strength values are usually specified as the lower-bound compressive strength of either a cylindrical or cubic specimen as determined by standard test procedures.
The strengths of concrete is dictated by its function. Very low-strength—14 MPa (2,000 psi) or less—concrete may be used when the concrete must be lightweight.[82] Lightweight concrete is often achieved by adding air, foams, or lightweight aggregates, with the side effect that the strength is reduced. For most routine uses, 20 MPa (2,900 psi) to 32 MPa (4,600 psi) concrete is often used. 40 MPa (5,800 psi) concrete is readily commercially available as a more durable, although more expensive, option. Higher-strength concrete is often used for larger civil projects.[83] Strengths above 40 MPa (5,800 psi) are often used for specific building elements. For example, the lower floor columns of high-rise concrete buildings may use concrete of 80 MPa (11,600 psi) or more, to keep the size of the columns small. Bridges may use long beams of high-strength concrete to lower the number of spans required.[84][85] Occasionally, other structural needs may require high-strength concrete. If a structure must be very rigid, concrete of very high strength may be specified, even much stronger than is required to bear the service loads. Strengths as high as 130 MPa (18,900 psi) have been used commercially for these reasons.[84]
En construcción
Concrete is one of the most durable building materials. It provides superior fire resistance compared with wooden construction and gains strength over time. Structures made of concrete can have a long service life.[86] Concrete is used more than any other artificial material in the world.[87] As of 2006, about 7.5 billion cubic meters of concrete are made each year, more than one cubic meter for every person on Earth.[88]
Mass structures
Due to cement's exothermic chemical reaction while setting up, large concrete structures such as dams, navigation locks, large mat foundations, and large breakwaters generate excessive heat during hydration and associated expansion. To mitigate these effects, post-cooling[89] is commonly applied during construction. An early example at Hoover Dam used a network of pipes between vertical concrete placements to circulate cooling water during the curing process to avoid damaging overheating. Similar systems are still used; depending on volume of the pour, the concrete mix used, and ambient air temperature, the cooling process may last for many months after the concrete is placed. Various methods also are used to pre-cool the concrete mix in mass concrete structures.[89]
Another approach to mass concrete structures that minimizes cement's thermal by-product is the use of roller-compacted concrete, which uses a dry mix which has a much lower cooling requirement than conventional wet placement. It is deposited in thick layers as a semi-dry material then roller compacted into a dense, strong mass.
Surface finishes
Advantage and Disadvantage of Concrete
Raw concrete surfaces tend to be porous and have a relatively uninteresting appearance. Many finishes can be applied to improve the appearance and preserve the surface against staining, water penetration, and freezing.
Examples of improved appearance include stamped concrete where the wet concrete has a pattern impressed on the surface, to give a paved, cobbled or brick-like effect, and may be accompanied with coloration. Another popular effect for flooring and table tops is polished concrete where the concrete is polished optically flat with diamond abrasives and sealed with polymers or other sealants.
Other finishes can be achieved with chiseling, or more conventional techniques such as painting or covering it with other materials.
The proper treatment of the surface of concrete, and therefore its characteristics, is an important stage in the construction and renovation of architectural structures.[90]
Prestressed structures
Prestressed concrete is a form of reinforced concrete that builds in compressive stresses during construction to oppose tensile stresses experienced in use. This can greatly reduce the weight of beams or slabs, by better distributing the stresses in the structure to make optimal use of the reinforcement. For example, a horizontal beam tends to sag. Prestressed reinforcement along the bottom of the beam counteracts this. In pre-tensioned concrete, the prestressing is achieved by using steel or polymer tendons or bars that are subjected to a tensile force prior to casting, or for post-tensioned concrete, after casting.
More than 55,000 miles (89,000 km) of highways in the United States are paved with this material. Reinforced concrete, prestressed concrete and precast concrete are the most widely used types of concrete functional extensions in modern days. See Brutalism.
Cold weather placement
Extreme weather conditions (extreme heat or cold; windy condition, and humidity variations) can significantly alter the quality of concrete. Many precautions are observed in cold weather placement.[91] Low temperatures significantly slow the chemical reactions involved in hydration of cement, thus affecting the strength development. Preventing freezing is the most important precaution, as formation of ice crystals can cause damage to the crystalline structure of the hydrated cement paste. If the surface of the concrete pour is insulated from the outside temperatures, the heat of hydration will prevent freezing.
The American Concrete Institute (ACI) definition of cold weather placement, ACI 306,[92] is:
- A period when for more than three successive days the average daily air temperature drops below 40 ˚F (~ 4.5 °C), and
- Temperature stays below 50 ˚F (10 °C) for more than one-half of any 24-hour period.
In Canada, where temperatures tend to be much lower during the cold season, the following criteria are used by CSA A23.1:
- When the air temperature is ≤ 5 °C, and
- When there is a probability that the temperature may fall below 5 °C within 24 hours of placing the concrete.
The minimum strength before exposing concrete to extreme cold is 500 psi (3.5 MPa). CSA A 23.1 specified a compressive strength of 7.0 MPa to be considered safe for exposure to freezing.
Underwater placement
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/c/cd/Tremie_operation.png/220px-Tremie_operation.png)
Concrete may be placed and cured underwater. Care must be taken in the placement method to prevent washing out the cement. Underwater placement methods include the tremie, pumping, skip placement, manual placement using toggle bags, and bagwork.[93]
Grouted aggregate is an alternative method of forming a concrete mass underwater, where the forms are filled with coarse aggregate and the voids then completely filled with pumped grout.[93]
Roads
Concrete roads are more fuel efficient to drive on,[94] more reflective and last significantly longer than other paving surfaces, yet have a much smaller market share than other paving solutions. Modern-paving methods and design practices have changed the economics of concrete paving, so that a well-designed and placed concrete pavement will be less expensive on initial costs and significantly less expensive over the life cycle. Another major benefit is that pervious concrete can be used, which eliminates the need to place storm drains near the road, and reducing the need for slightly sloped roadway to help rainwater to run off. No longer requiring discarding rainwater through use of drains also means that less electricity is needed (more pumping is otherwise needed in the water-distribution system), and no rainwater gets polluted as it no longer mixes with polluted water. Rather, it is immediately absorbed by the ground.[citation needed]
Energy efficiency
Energy requirements for transportation of concrete are low because it is produced locally from local resources, typically manufactured within 100 kilometers of the job site. Similarly, relatively little energy is used in producing and combining the raw materials (although large amounts of CO2 are produced by the chemical reactions in cement manufacture).[95] The overall embodied energy of concrete at roughly 1 to 1.5 megajoules per kilogram is therefore lower than for most structural and construction materials.[96]
Once in place, concrete offers great energy efficiency over the lifetime of a building.[97] Concrete walls leak air far less than those made of wood frames.[98] Air leakage accounts for a large percentage of energy loss from a home. The thermal mass properties of concrete increase the efficiency of both residential and commercial buildings. By storing and releasing the energy needed for heating or cooling, concrete's thermal mass delivers year-round benefits by reducing temperature swings inside and minimizing heating and cooling costs.[99] While insulation reduces energy loss through the building envelope, thermal mass uses walls to store and release energy. Modern concrete wall systems use both external insulation and thermal mass to create an energy-efficient building. Insulating concrete forms (ICFs) are hollow blocks or panels made of either insulating foam or rastra that are stacked to form the shape of the walls of a building and then filled with reinforced concrete to create the structure.
Fire safety
Concrete buildings are more resistant to fire than those constructed using steel frames, since concrete has lower heat conductivity than steel and can thus last longer under the same fire conditions. Concrete is sometimes used as a fire protection for steel frames, for the same effect as above. Concrete as a fire shield, for example Fondu fyre, can also be used in extreme environments like a missile launch pad.
Options for non-combustible construction include floors, ceilings and roofs made of cast-in-place and hollow-core precast concrete. For walls, concrete masonry technology and Insulating Concrete Forms (ICFs) are additional options. ICFs are hollow blocks or panels made of fireproof insulating foam that are stacked to form the shape of the walls of a building and then filled with reinforced concrete to create the structure.
Concrete also provides good resistance against externally applied forces such as high winds, hurricanes, and tornadoes owing to its lateral stiffness, which results in minimal horizontal movement. However, this stiffness can work against certain types of concrete structures, particularly where a relatively higher flexing structure is required to resist more extreme forces.
Earthquake safety
As discussed above, concrete is very strong in compression, but weak in tension. Larger earthquakes can generate very large shear loads on structures. These shear loads subject the structure to both tensile and compressional loads. Concrete structures without reinforcement, like other unreinforced masonry structures, can fail during severe earthquake shaking. Unreinforced masonry structures constitute one of the largest earthquake risks globally.[100] These risks can be reduced through seismic retrofitting of at-risk buildings, (e.g. school buildings in Istanbul, Turkey[101]).
Degradación
Concrete can be damaged by many processes, such as the expansion of corrosion products of the steel reinforcement bars, freezing of trapped water, fire or radiant heat, aggregate expansion, sea water effects, bacterial corrosion, leaching, erosion by fast-flowing water, physical damage and chemical damage (from carbonatation, chlorides, sulfates and distillate water).[102] The micro fungi Aspergillus Alternaria and Cladosporium were able to grow on samples of concrete used as a radioactive waste barrier in the Chernobyl reactor; leaching aluminum, iron, calcium, and silicon.[103]
Medio ambiente y salud
The manufacture and use of concrete produce a wide range of environmental and social consequences. Some are harmful, some welcome, and some both, depending on circumstances.
A major component of concrete is cement, which similarly exerts environmental and social effects.[citation needed] The cement industry is one of the three primary producers of carbon dioxide, a major greenhouse gas (the other two being the energy production and transportation industries). Every tonne of cement produced releases one tonne of CO2 into the atmosphere.[104] As of 2019, the production of Portland cement contributed eight percent to global anthropogenic CO2 emissions, largely due to the sintering of limestone and clay at 1,500 °C (2,730 °F).[104][105] Researchers have suggested a number of approaches to improving carbon sequestration relevant to concrete production.[106] In August 2019, a reduced CO2 cement was announced which "reduces the overall carbon footprint in precast concrete by 70%."[107]
Concrete is used to create hard surfaces that contribute to surface runoff, which can cause heavy soil erosion, water pollution, and flooding, but conversely can be used to divert, dam, and control flooding. Concrete dust released by building demolition and natural disasters can be a major source of dangerous air pollution.
Concrete is a contributor to the urban heat island effect, though less so than asphalt.[108]
Workers who cut, grind or polish concrete are at risk of inhaling airborne silica, which can lead to silicosis.[109] This includes crew members who work in concrete chipping. The presence of some substances in concrete, including useful and unwanted additives, can cause health concerns due to toxicity and radioactivity. Fresh concrete (before curing is complete) is highly alkaline and must be handled with proper protective equipment.
Recycling
Concrete recycling is an increasingly common method for disposing of concrete structures. Concrete debris was once routinely shipped to landfills for disposal, but recycling is increasing due to improved environmental awareness, governmental laws and economic benefits.
Récords mundiales
The world record for the largest concrete pour in a single project is the Three Gorges Dam in Hubei Province, China by the Three Gorges Corporation. The amount of concrete used in the construction of the dam is estimated at 16 million cubic meters over 17 years. The previous record was 12.3 million cubic meters held by Itaipu hydropower station in Brazil.[110][111][112]
The world record for concrete pumping was set on 7 August 2009 during the construction of the Parbati Hydroelectric Project, near the village of Suind, Himachal Pradesh, India, when the concrete mix was pumped through a vertical height of 715 m (2,346 ft).[113][114]
The Polavaram dam works in Andhra Pradesh on 6 January 2019 entered the Guinness World Records by pouring 32,100 cubic metres of concrete in 24 hours.[115] The world record for the largest continuously poured concrete raft was achieved in August 2007 in Abu Dhabi by contracting firm Al Habtoor-CCC Joint Venture and the concrete supplier is Unibeton Ready Mix.[116][117] The pour (a part of the foundation for the Abu Dhabi's Landmark Tower) was 16,000 cubic meters of concrete poured within a two-day period.[118] The previous record, 13,200 cubic meters poured in 54 hours despite a severe tropical storm requiring the site to be covered with tarpaulins to allow work to continue, was achieved in 1992 by joint Japanese and South Korean consortiums Hazama Corporation and the Samsung C&T Corporation for the construction of the Petronas Towers in Kuala Lumpur, Malaysia.[119]
The world record for largest continuously poured concrete floor was completed 8 November 1997, in Louisville, Kentucky by design-build firm EXXCEL Project Management. The monolithic placement consisted of 225,000 square feet (20,900 m2) of concrete placed in 30 hours, finished to a flatness tolerance of FF 54.60 and a levelness tolerance of FL 43.83. This surpassed the previous record by 50% in total volume and 7.5% in total area.[120][121]
The record for the largest continuously placed underwater concrete pour was completed 18 October 2010, in New Orleans, Louisiana by contractor C. J. Mahan Construction Company, LLC of Grove City, Ohio. The placement consisted of 10,251 cubic yards of concrete placed in 58.5 hours using two concrete pumps and two dedicated concrete batch plants. Upon curing, this placement allows the 50,180-square-foot (4,662 m2) cofferdam to be dewatered approximately 26 feet (7.9 m) below sea level to allow the construction of the Inner Harbor Navigation Canal Sill & Monolith Project to be completed in the dry.[122]
Ver también
- Anthropic rock – Rock that is made, modified and moved by humans.
- Biorock
- Brutalist architecture – 20th century style of architecture
- Bunding
- Cement accelerator
- Cenocell – Concrete material using fly ash in place of cement
- Compressometer
- Concrete canoe
- Concrete chipping
- Concrete leveling
- Concrete mixer – Device that combines cement, aggregate, and water to form concrete
- Concrete masonry unit – Rectangular block used in construction
- Concrete moisture meter
- Concrete plant
- Concrete recycling
- Concrete step barrier – Safety barrier used on the central reservation of motorways
- Concrete sealer
- Construction – Process of the building or assembling of a building or infrastructure
- Diamond grinding of pavement – Technique for correcting surface defects
- Efflorescence
- Fireproofing
- Foam Index
- Form liner
- High-performance fiber-reinforced cementitious composites
- Metakaolin
- Interfacial Transition Zone (ITZ)
- International Grooving & Grinding Association – Trade association in the concrete and asphalt surface industry
- Lift slab construction
- LiTraCon
- Mortar
- Plasticizer – substance that is added to a material to make it softer and more flexible
- Prefabrication
- Pykrete – Ice alloy containing sawdust or another form of wood pulp
- Rammed earth – Technique for constructing foundations, floors, and walls by compacting a damp mixture of sub soil
- Reinforced concrete structures durability
- Rusticated concrete block
- Shallow foundation
- Silica fume
- Studcast
- Translucent concrete
- Whitetopping
- World of Concrete
Referencias
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