Propiedades mecánicas y de durabilidad de concretos de ultra altas prestaciones (UHPC), con diferentes materiales cementantes suplementarios

Abstract

El UHPC (Ultra High Performance Concrete por sus siglas en inglés) se conoce como un material cementicio, con resistencia a la compresión mayor o igual a 150 MPa, mayor ductilidad a la tracción, tenacidad y propiedades de durabilidad en comparación con el concreto convencional. Así mismo, en el diseño de un UHPC, predominan criterios como la compacidad y el empaquetamiento de partículas, lo que lo diferencia de un concreto convencional. Los componente típicos del UHPC son cemento, humo de sílice, otros materiales cementantes suplementarios (MCS), arena de sílice, aditivos super plastificantes de alto rango y agua. Dentro de los componentes del UHPC, el contenido de cemento y el humo de sílice, por su mayor costo, incrementan el valor en la producción de la dosificación, es por esto que, la principal motivación para el desarrollo de la presente investigación fue la necesidad de brindar opciones para la sustitución parcial de cemento y humo de sílice por materiales cementantes suplementarios, tales como el polvo de vidrio con tamaño medio de partícula de 7 μm y 28 μm y carbonato de calcio, con el fin de lograr un material enfocado en la sostenibilidad y reducción de costos. Se evaluaron dos dosificaciones identificadas como D2 y D3 las cuales fueron producto de la optimización de dosificaciones de UHPC realizadas con materias primas colombianas bajo criterios de flujo autocompactante. Se empleó el menor contenido posible de cemento, y se limitó la cantidad de humo de sílice a 100 kg/m3. Los resultados se compararon con los obtenidos en una dosificación de control (dosificación D1) cuyos materiales cementantes son únicamente cemento y humo de sílice. Adicionalmente se evaluó el desempeño de las dosificaciones tanto en estado fresco como endurecido a 7, 28 y 90 días de curado en agua. En estado fresco se realizaron ensayos de asentamiento y en estado endurecido se realizaron ensayos de resistencia a la compresión, módulo de elasticidad, velocidad de pulso ultrasónico, absorción superficial inicial, permeabilidad a los cloruros, obteniendo como resultado que la resistencia a la compresión de las dosificaciones D2 y D3 alcanzó valores por encima del 90% a los 90 días de curado, con respecto a la dosificación de control; sin embargo el desempeño de la dosificación D3 fue mejor frente a algunas propiedades de durabilidad, entre ellas la permeabilidad al ión cloruro y la absorción superficial inicial, con respecto a la dosificación de control.

UHPC (Ultra High Performance Concrete) is known as a cementitious material, with a compressive strength greater than or equal to 150 MPa, greater tensile ductility, toughness and durability properties compared to conventional concrete, likewise, in the design of a UHPC, criteria such as compactness and particle packing predominate, which differentiates it from conventional concrete, the typical components of the UHPC are cement, silica fume, other supplementary cementitious materials (MCS), silica sand, high range super plasticizer additives and water. Among the components of UHPC, the content of cement and silica fume, due to their higher cost, increase the value in the production of the mixture, which is why the main motivation for the development of this research was the the need to provide options for the partial replacement of cement and silica fume by supplementary cementitious materials, such as glass powder with an average particle size of 7 μm and 28 μm and calcium carbonate, in order to achieve a material focused on the sustainability and cost reduction. Two dosages identified as D2 and D3 were evaluated, which were the product of the optimization of UHPC mixtures made with Colombian raw materials under self-compacting flow criteria, the lowest possible content of cement was used, and the amount of silica fume was limited to 100kg/m3. The results were compared with those obtained in a reference mixture (D1 dosage) whose cementitious materials are only cement and silica fume. Additionally, the performance of the dosages was evaluated both in the fresh and hardened state at 7, 28 and 90 days of curing in water. In the fresh state, a settlement test was carried out and in the hardened state, tests for compressive strength, modulus of elasticity, ultrasonic pulse speed, initial surface absorption, permeability to chlorides were performed, obtaining as a result that the compressive strength of the D2 and D3 dosages reached values above 90% at 90 days of curing, with respect to the control sample; however, the performance of D3 dosing was better compared to some durability properties, including chloride ion permeability and initial surface absorption, compared to control dosing.