Evaluación de la contracción por secado de concretos de ultra-altas prestaciones con y sin fibras

Abstract

In the present investigation, the effect of the incorporation of straight steel fibers and other supplementary cementitious materials (MCS) was evaluated for ultra-high performance concretes (UHPC), added with silica fume. Three UHPC concrete samples were made: the reference sample (composed of cement, silica fume, silica sand, water and superplasticizer additive) and two dosages in which cement and silica fume were partially replaced by supplementary cementitious materials.

In sample D2, micro-limestone powder and pulverized glass powder of 28 microns in diameter are added and in sample D3 micro-limestone powder and glass powder of 28 and 7 microns are added as a partial replacement for cement and silica fume. It is sought, on one hand, that reducing the amount of cement in the mix reduces the heat released by the exothermic reaction of the hydration of the cement clinker and, on the other hand, that reducing the amount of silica fume allows reducing the amount of water in the UHPC mix, both effects contribute to the decrease of the drying shrinkage of the concrete. Additionally, the addition of metallic fibers should contribute to absorb the internal tensile forces of the concrete imposed by the contraction of the matrix and due to the high modulus of elasticity of the fibers, prevent large deformations in the concrete mass (Weina Meng, Kamal H. Khayat 2018). The experimental program developed focused on the measurement of drying shrinkage in the first days of concrete age (first 20 days) since the maximum drying shrinkage of UHPC concrete occurs in this period (Hyung Joo Lee, et al., 2019).

It was determined that UHPC concrete with partial replacement of hydraulic cement and silica fume by calcium carbonate and 28 micron recycled glass powder, with the incorporation of 2% straight steel fibers over concrete volume, is capable of reducing up to 46% the drying shrinkage of concrete in the first 5 days of age, relative to a reference UHPC concrete.

In this mixture, the amount of cement and silica fume was reduced from 852 kg / m³ and 271.7 kg / m³ to 600 kg / m³ and 100 kg / m³ respectively, thanks to the addition of 209 kg / m³ of calcium carbonate and 322.8 kg / m³ of glass powder 28 microns in diameter, supplementary cementing materials at a much lower price.

En la presente investigación se evaluó para concretos de ultra alto desempeño (UHPC), adicionados con humo de sílice, el efecto de la incorporación de fibras de acero rectas y otros materiales cementantes suplementarios (MCS). Se realizaron tres muestras de concreto UHPC: la muestra de referencia (compuesta por cemento, humo de sílice, arena de sílice, agua y aditivo superplastificante) y dos dosificaciones en donde se sustituye parcialmente el cemento y el humo de sílice por materiales cementantes suplementarios. En la muestra D2 se adiciona carbonato cálcico y polvo de vidrio pulverizado de 28 micras de diámetro y en la muestra D3 se adiciona carbonato cálcico y polvo de vidrio de 28 y 7 micras como sustitución parcial del cemento y el humo de sílice. Se busca, por una parte, que la reducción de la cantidad de cemento en la mezcla disminuya el calor liberado por la reacción exotérmica de la hidratación del clinker del cemento y por otro lado que la reducción de la cantidad de humo de sílice permita reducir la cantidad de agua en la mezcla del UHPC, ambos efectos contribuyen a la disminución de la contracción por secado del concreto. Adicionalmente la adición de fibras metálicas debería contribuir a absorber los esfuerzos de tracción internos del concreto impuestos por la contracción de la matriz y debido al alto módulo de elasticidad de las fibras impedir grandes deformaciones en la masa de concreto (Weina Meng, Kamal H. Khayat. 2018). El programa experimental desarrollado, se enfocó en la medición de la contracción por secado en los primeros días de edad del concreto (20 primeros días) pues en este periodo ocurren las máximas contracciones por secado del concreto UHPC (Hyung Joo Lee, et al., 2019).

Se determinó que el concreto UHPC con sustitución parcial del cemento hidráulico y humo por carbonato cálcico y polvo de vidrio reciclado de 28 micras, con incorporación de un 2% fibras de acero rectas sobre volumen de concreto, es capaz de reducir hasta un 46% la contracción por secado del concreto en los 5 primeros días de edad, en relación con un concreto UHPC de referencia. En dicha mezcla se redujo la cantidad de cemento y humo de sílice de 852 kg/m³ y 271.7 kg/m³ a 600 kg/m³ y 100 kg/m³ respectivamente, gracias a la adición de 209 kg/m³ de carbonato cálcico y 322.8 kg/m³ de polvo de vidrio de 28 micras de diámetro, materiales cementantes suplementarios con un precio muy inferior.

En el concreto UHPC de referencia, la adición de un 2% de microfibra metálica supuso una reducción en el valor de la contracción seca de un 10.8% en los 5 primeros días. Por otro lado, el reemplazo parcial del cemento hidráulico y humo de sílice por carbonato cálcico y polvo de vidrio reciclado de 7 y 28 micras, supuso una reducción en la contracción por secado de un 36.1% con respecto a la mezcla de referencia, en los primeros 5 días.