Estudio experimental sobre la influencia de la temperatura ambiental en la resistencia del hormigón preparado

Abstract

Este trabajo de investigación presenta un estudio acerca de los efectos de la temperatura ambiental sobre las prestaciones del hormigón en estado fresco y endurecido y sobre las propiedades de los materiales constituyentes del mismo, desde una perspectiva industrial. <br/><br/>El objetivo principal de este estudio es el de optimizar la dosificación del hormigón en climas cálidos y al mismo tiempo, proponer algunas medidas de actuación a nivel industrial para minimizar los efectos adversos en plantas de producción de hormigón preparado.<br/><br/>Por tal motivo se realizaron varias campañas experimentales para determinar la influencia de las temperaturas ambientales extremas (verano e invierno) sobre las propiedades térmicas, de trabajabilidad y mecánicas del hormigón, morteros, pastas de cemento y áridos, desarrollando los procedimientos y herramientas experimentales de caracterización necesarias.<br/><br/>Los resultados experimentales obtenidos indican que cuando menor es el diferencial térmico entre la temperatura del hormigón y la temperatura ambiente, mejores son los resultados relativos a prestaciones mecánicas. Asimismo, la trabajabilidad está influenciada por las propiedades de los áridos, las cuales son susceptibles de variaciones en función de la temperatura. En este sentido, la temperatura actúa sobre la velocidad de absorción y el rozamiento interno de los áridos, mientras que en el hormigón tiene un efecto sobre su desempeño y sobre el coste final.<br/><br/>Las conclusiones apuntan pues al árido como un factor de gran importancia, no sólo por las características específicas de su comportamiento con la temperatura, sino también, porque es el componente más numeroso en el hormigón. <br/><br/>Lo anterior, es significativo en términos de sus potenciales aplicaciones a nivel industrial en la producción de hormigón preparado, debido a que las características del hormigón son dependientes de las propiedades de los áridos y éstas son altamente influenciables por las condiciones ambientales. <br/><br/><br/><br/><br/>Por otro lado, con el propósito de reducir costes, el consumo de cemento en el hormigón puede ser optimizado en función de variables dependientes de la temperatura. La forma de actuar frente a este problema consiste básicamente en lograr que el comportamiento del hormigón en verano sea lo más semejante posible al de primavera y otoño, lo anterior se puede llevar a cabo mediante actuaciones a escala industrial, principalmente sobre la dosificación de cemento y sobre los áridos.<br/><br/>En este sentido, se presentan las bases de una formulación metodológica para llevar a cabo dicha optimización del hormigón en climas cálidos en base a la variación de la temperatura ambiental y de las curvas de calor de hidratación del hormigón. Dicha propuesta se ha aplicado con éxito a escala industrial en plantas de producción de hormigón preparado, obteniendo resultados satisfactorios en relación a considerables ahorros en el consumo de cemento en períodos estivales.<br/><br/>La presente tesis doctoral se ha realizado en el marco de dos convenios de colaboración (C-4669 y C-5737) entre el Grupo Cementos Molins con el Departamento de Ingeniería de la Construcción de la UPC, en colaboración con el Centro de Innovación Tecnológica de Estructuras y Construcción (CEINTEC) y gestionados por el Centro de Transferencia de Tecnología (CTT).

This researching work deals with a study about the effects of environmental temperature over the concrete performance in both, fresh and hardened states, and over the properties of the materials constituents of concrete, from an industrial point of view. <br/><br/> The main objective of this study is the optimization of concrete in hot weather environments, proposing at the same time, some industrially proceedings in ready-mix-concrete plants, in order to minimize the adverse effects of climatology on the concrete performance.<br/><br/> In this way, several experimental stages were carried out in order to detect the influence of extreme environmental conditions (hot weather and cold weather conditions) over the thermal, workability and mechanical properties of concrete, cement mortars, cement pastes and aggregates, developing the experimental procedures for the materials characterization.<br/><br/> The experimental results obtained point out that the minor the thermal difference between concrete and environmental temperature, the best the compressive strength performance. Likewise, the concrete workability is influenced by the aggregates properties, which also are sensitive to variations depending on the environmental conditions. <br/><br/> In this way, the temperature acts over the aggregates absorption rate and internal friction, while in the concrete it has a harmful effect over its performance and over its final production cost. For this reason, the aggregates can be considered as a major importance factor, not only because their specific properties are affected by temperature, but also, because these are the most numerous component in concrete.<br/><br/> All the above mentioned is important in relation to the potential applications from an industrial perspective in ready-mix-concrete production plants, since the concrete properties are highly influenced by the aggregates conditions, and these, in turn, are highly affected by environmental conditions.<br/><br/> On the other hand, with the aim of a reduction in production costs, the cement consumption in concrete can be optimized by means of temperature related variables. This can be done achieving a concrete performance in the summer season the most similar to a performance in spring or autumn seasons, by means of some industrial implementations in ready-mix-concrete production plants, acting over the cement dosage and over the aggregates properties.<br/><br/><br/> In this way, the fundaments of a methodological formulation to optimize the concrete performance in hot weather environments are presented, which are based on the environmental temperature prediction and on the heat of hydration of concrete. This methodological proposal has been applied successfully at an industrial scale in ready-mix-concrete production plants, having finally satisfactory results regarding significant savings in cement consumptions in the summer seasons.<br/><br/> This thesis has been accomplished within a collaboration agreement (C-4669 y C-5737) between Cementos Molins Group and the Department of Construction Engineering of UPC, in association with the Center of Technological Innovation of Structures and Construction (CEINTEC) and administered by the Center for Technology Transfer (CTT).