Concreto de ultra alto rendimiento

Cuando se fabrica concreto premezclado normal, los agregados más grandes de la mezcla pueden variar de 1-1/2 pulgadas a 3/8 de pulgada de tamaño con resistencias a compresión que pueden ser de hasta 10,000 psi. Las buenas mezclas están «bien calificadas», lo que significa que los vacíos entre los agregados más grandes se llenan con agregados más pequeños y así sucesivamente hasta que haya la menor cantidad de espacio vacío posible. El concreto de ultra Alto rendimiento (UHPC) es así, excepto que llenar los vacíos entre los agregados se conoce como «embalaje de partículas».»Sri Sritharan, la Cátedra Wilkinson de Ingeniería Interdisciplinaria en el Departamento de Ingeniería Civil, de Construcción y Ambiental de la Universidad Estatal de Iowa, Ames, Iowa, agrega que los tamaños de partículas para UHPC se mantienen muy pequeños para crear una matriz más densa, el tamaño más grande no supera las 600 micras (aproximadamente el tamaño de un grano de arena de sílice). Esto ayuda a aumentar la resistencia a la compresión estándar de estas mezclas en más de 22,000 psi.

Al principio se llamaba Hormigón en polvo Reactivo (RPG), pero eso cambió a mediados de los años noventa cuando se conoció como UHPC. La investigación sobre este producto se originó en Dinamarca en 1964 como parte de su esfuerzo por desarrollar mezclas de concreto de mayor resistencia. Su investigación se centró en mezclas empaquetadas de partículas muy densas con proporciones bajas de agua / cemento y, en la década de 1970, el desarrollo de superplastificantes (Reductores de agua de alta Gama de HRWR) ayudó aún más a lograr relaciones bajas de agua/cemento. Dominique Corvez, Vicepresidente y jefe de Ductal América del Norte de Lafarge, cuya sede en Estados Unidos se encuentra en Chicago, Illinois, dice que también comenzaron a estudiar esta tecnología en Francia. Los contratistas experimentaron con él primero, pero LaFarge, uno de los mayores productores de cemento del mundo, desarrolló un producto UHPC que llamaron «Ductal» y que todavía se usa hoy en día. Al principio, cada lote se hacía desde cero, pero hoy en día hay varios productores comerciales de mezclas secas envasadas. LaFarge, Holcim es uno de los mayores productores de este.

Ventajas de UHPC

La resistencia a la compresión es la forma más reconocida de caracterizar UHPC. Como se dijo anteriormente, se espera que las resistencias a compresión estén en el rango de 22,000 a 30,000 psi para ser consideradas UHPC, pero los estudios de investigación de UHPC curado a alta presión y calor han producido resistencias a compresión de hasta 116,000 psi hasta la fecha. Pero también hay otras ventajas únicas.

• Alto módulo de elasticidad (MOE) que puede estar en el rango de 7,500 ksi
• Alta resistencia a la tracción en comparación con el concreto normal
• UHPC tiene una alta resistencia de unión al refuerzo de acero y esto puede reducir el tamaño de una colocación de concreto necesaria para unir elementos de concreto
• Tiene una excelente resistencia al ciclo de congelación y descongelación sin la necesidad de arrastre de aire aditivos
• Los elementos estructurales pueden ser más pequeños y ligeros en comparación con los fabricados con hormigón normal
• Los arquitectos pueden diseñar elementos de hormigón más delgados, mejorando el aspecto arquitectónico de su trabajo
• Es un material muy denso con poros capilares eliminados, lo que lo hace impermeable a la penetración de agua y sal sin sellar la superficie
• Tiene una contracción muy baja y se puede usar como lechada sin contracción
• Transfiere fielmente incluso el mejor relieve de las superficies moldeadas, lo que resulta en piezas de concreto arquitectónico más ideales

Ingredientes El objetivo de UHPC es producir hormigón impermeable muy denso mediante el embalaje de partículas, disponiendo tamaños de partículas en la mezcla para que haya un espacio vacío mínimo entre partículas, en un entorno de relación w/c muy baja. Al igual que el concreto autoconsolvable (SCC), la fluidez de UHPC se mide en «propagación» en lugar de pulgadas de depresión. Los diámetros de extensión de 12 a 20 pulgadas son comunes, por lo que es fácil de colocar y consolidar, lo que resulta en una resistencia muy alta y buena resistencia al daño ambiental.

Hay muchos diseños de mezcla diferentes para UHPC, pero usarán algunos o todos los ingredientes a continuación:

• Cemento. Se prefiere el cemento Portland con un proceso de hidratación un poco más largo
• Piedra caliza molida. Utilizado como arena de agregado fino
• . El agregado de mayor tamaño de la mezcla.
• Polvo de cuarzo. Sílice muy finamente molida que se utiliza para proporcionar tamaños de partículas vitales
• Cenizas volantes. Un material cementoso suplementario (SEM) que también ayuda con el proceso de empaque de partículas
• Humo de sílice. Un SEM con tamaños de partícula de tan solo 1 micrón para ayudar a densificar la mezcla.
• Aditivos. Superplastificantes de policarboxilato (Reductores de agua de alta gama) que se utilizan para ayudar en el proceso de mezcla y colocación y para hacer posibles relaciones w/c muy bajas
• Fibras. Una gama de fibras se están utilizando en mezclas UHPC. Incluyen: acero, fibra de vidrio, Acetato de Polivinilo (PVA), polipropileno y otros. La cantidad de cada uno depende del material utilizado, pero las fibras de acero se dosifican típicamente del 2% al 3% en volumen de la mezcla. Esto corresponde a 0,5 a 0,8 pies cúbicos de fibra y las fibras son muy delgadas, generalmente de 0,2 milímetros de diámetro.
• Agua. La baja cantidad de agua, aproximadamente un 0.2 relación agua / cemento, reduce la contracción y aumenta la resistencia del hormigón

Mezcla UHPC

Debido a la finura de los materiales y la muy baja relación c/C mezcla de mezclas UHPC requiere equipo especial. Sritharan dice que la mayoría de los UHPC se mezclan en sitios de construcción con mezcladores de bandejas de alto cizallamiento, pero dice que ha estado en sitios donde se utilizaron camiones especiales de mezcla lista. La mezcla de UHPC desde cero requiere un proceso de mezcla complicado para distribuir adecuadamente todos los materiales en polvo fino juntos. Como resultado, la mayoría de las aplicaciones de construcción UHPC de hoy en día utilizan productos preenvasados. Por esta y otras razones, menos de 1-1 / 2 yardas cúbicas se mezclan típicamente a la vez.

Curado por calor

Sritharan dice que someter la UHPC al curado por vapor con temperaturas en el rango de 194ºF desarrolla una alta resistencia temprana. El curado con vapor durante 48 horas permite que la UHPC alcance su máxima resistencia rápidamente y, cuando se introduce alta presión con temperaturas de vapor elevadas, es posible aumentar aún más la resistencia en gran medida.

Aplicaciones para sitios de construcción

El UHPC es costoso de fabricar, mucho más alto que las mezclas de concreto estándar y tal vez esta sea la razón por la que su aceptación ha sido lenta. Pero cuando se consideran todos los beneficios, puede ser rentable. En los Estados Unidos, la construcción de infraestructuras y puentes es actualmente el mayor usuario de UHPC, principalmente para conectar elementos prefabricados de puentes entre sí. Es habitual proporcionar solapamientos de barras de refuerzo de 18 pulgadas para un anclaje adecuado, pero las instalaciones UHPC requieren solo 9 pulgadas debido a su resistencia de unión superior. Como resultado, la distancia de hormigón para estos espacios de unión es mucho menor y hay una mayor resistencia a las condiciones ambientales.

Sritharan dice que el Departamento de Transporte de Iowa también está investigando el uso de UHPC como material de recubrimiento para cubiertas de puentes. Una capa de espesor de 1 a 1-1/2 pulgadas puede proporcionar la máxima protección para las cubiertas de puente, ya que no se ven afectadas por la sal, otros compuestos de deshielo o ciclos de congelación y descongelación.

Paneles Compuestos UHPC Arquitectónicos Finos

Kevin Gannon, RA, Director de Desarrollo de Programas de Taktl LLC ubicado en Turtle Creek, Pensilvania, dice que uno de sus mayores problemas es diferenciar los UHPC Arquitectónicos (A|UHPC) de los productos de ingeniería civil ready mix y también los productos Taktl de productos GFRC por pulverización o productos GFRC extruidos. A / UHPC utiliza solo fibras de refuerzo no metálicas y, a menudo, incluye malla continua. Debido a la delgadez de los paneles UHPC, el diseño de mezcla y los métodos de fabricación favorecen la resistencia a la flexión sobre la resistencia a la compresión, al tiempo que conservan todos los factores de durabilidad esperados con UHPC. Dado que el mayor recurso para los estándares de referencia de materiales UHPC es la Administración Federal de Carreteras, los arquitectos están obligados a tener desafíos de especificación. Taktl ha hecho grandes avances en el establecimiento de estándares y criterios de referencia para aplicaciones arquitectónicas de fachadas UHPC. Centran sus recursos técnicos de ventas y gestión de proyectos en educar a los diseñadores y apoyar a los contratistas.. «Una vez que usan el producto, lo especifican fácilmente en otros proyectos», agrega.

Taktl se centró originalmente en piezas de fundición UHPC moldeadas por inyección complejas, dice Jason Flannery, Director de Diseño de la empresa. Fue una consecuencia de su negocio de muebles y accesorios metálicos para exteriores. Comenzaron a mirar el hormigón por la forma que podía tener para las fachadas. Dice que comenzaron a fabricar paneles de fachada UHPC en 2010, algo que nadie más estaba haciendo en los Estados Unidos. Pasaron tres años investigando y desarrollando equipos. «Desde el principio decidimos desarrollar la nueva empresa verticalmente: hacer cada fase del trabajo en casa, desde el desarrollo y la construcción de moldes hasta la innovación de un proceso de fundición semiautomático continuo», dice. Hoy en día, su único negocio es el concreto arquitectónico UHPC y tienen 200,000 pies cuadrados bajo techo con 150 empleados. El año pasado produjeron 1.5 millones de pies cuadrados de revestimiento de fachadas, incluidos hospitales, museos, edificios universitarios y edificios de gran altura de uso mixto, ya sea en el campo en conjuntos de revestimiento de pantalla de lluvia o integrados en sistemas de fachadas unificadas.

El Dr. George Quercia, Director de Investigación de Taktl, dice que producen paneles de muro cortina UHPC de solo 5/8 pulgadas de grosor. Dentro de este grosor hay dos capas de malla, así como refuerzo de fibra de vidrio. Típico tamaños de los paneles son de 4 x 10 pies, pero pueden lanzar hasta 5 x 12 tamaños y en vez de formar cada panel echaron oversize y cortarlas al tamaño de las cortadoras de hormigón. Estos paneles pueden reemplazar los paneles prefabricados de muro cortina de hormigón normal de 6 pulgadas de espesor. Los paneles delgados reducen significativamente los costos de transporte y extienden económicamente la distancia a los proyectos de construcción.

La fundición arquitectónica con UHPC tiene otra ventaja—las superficies de molde finamente detalladas se transfieren fielmente a la fundición debido a los agregados y la estructura de pasta muy pequeños de la mezcla. Esto hace posible crear superficies de molde cada vez más detalladas para lograr un aspecto más impresionante.

El valor de UHPC

Aunque se considera un nuevo tipo de concreto y no tiene mucho reconocimiento de nombre, UHPC tiene muchas ventajas. Su gran resistencia significa que se necesita menos material para lograr lo que hace el concreto regular. Esto puede traducirse en la ingeniería de estructuras más ligeras a partir de sus zapatas. El agua y las condiciones ambientales que acortan la vida útil de otros tipos de concreto tienen poco efecto en la UHPC debido a su naturaleza impermeable, proporcionando una vida útil prístina mucho más larga. El choque de pegatina puede hacer que no lo pienses dos veces, pero eso sería un error. Cuando se tiene todo en cuenta, el uso estratégico de UHPC podría resultar una ganga.