Intermolecular collisions

Dado que el concreto es un material pétreo artificial obtenido al mezclar pasta y agregados en determinadas proporciones. La pasta compuesta de agua y cemento, es la responsable de unir los agregados mediante la reacción química que se presenta cuando

endurece, permitiéndole adquirir resistencia similar o mayor que una roca. Dependiendo de las características de los agregados, del grado de empaquetamiento que presenten por la distribución granulométrica y la cantidad de pasta necesaria para llenar los espacios entre ellos, se obtendrán las propiedades mecánicas y de durabilidad, (Palbol 1996). Las propiedades de este material compuesto están determinadas principalmente, por las características del mortero (mezcla de cemento, arena y agua), de los agregados gruesos y de la interface entre estos dos componentes. Debido a lo anterior, morteros con diferentes calidades y agregados gruesos con diferentes características (forma, textura, mineralogía, resistencia, entre otras), pueden producir concretos de diferentes propiedades, (Özturan & Çeçen, 1997).

Los agregados, dado que forman la mayor parte del volumen del concreto, se consideran componentes críticos y son predominantemente responsables del peso unitario, del módulo elástico y la estabilidad dimensional del concreto, estas propiedades del concreto dependen en gran medida de la densidad y resistencia de los agregados, que a su vez están determinadas por las características físicas más que químicas del agregado, tales como el volumen, tamaño y distribución de poros, adicionalmente la forma y textura del agregado grueso, también afectan las propiedades del concreto (K Mehta & Monteiro, 2006).

La adherencia entre la pasta y el agregado se logra a través de una combinación o cruce mecánico de los productos de hidratación que se presentan entre el cemento y la superficie del agregado, y de las reacciones químicas entre ésta superficie y la pasta de cemento. Desde mediados del siglo pasado se identificó la existencia de una región separada entre el agregado y la pasta de cemento, con características y estructura propia diferente. Esta región se ha denominado la Zona de Transición Interfacial (ITZ por sus siglas en inglés) y ha sido estudiada mediante técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopios ópticos. Esta zona de interface presenta gran influencia en algunas propiedades del concreto, al ser expuesto a cargas, principalmente en el módulo elástico, la resistencia a la flexión. Por lo general en la zona de interface (ITZ), se inicia el micro agrietamiento entre el agregado grueso y el mortero que lo rodea; y posteriormente en el momento de la falla ante el incremento de las cargas; las grietas que se generan, por lo general están presentes en esta zona de interface, (A Neville, 1999).

1.7.1 Zona de transición interfacial (ITZ)

La zona de interface tiene su propia microestructura. La superficie del agregado se cubre con una capa de cristales orientados de Ca(OH)2, (hidróxido de calcio) con un espesor

aproximado de 0.5 µm; hacia el lado de la pasta hay una capa delgada de silicato de calcio hidratado, gel C-S-H, también de aproximadamente 0.5 µm de espesor; estas capas son conocidas como la película doble. Más alejada de los agregados está la zona de interface principal de unos 50 µm de espesor, conteniendo productos de hidratación del cemento con cristales más grandes de Ca(OH)2, pero no menores que los de cualquier

cemento hidratado, (A. Neville, 1997).

La zona de interface no sólo existe en la superficie de las partículas del agregado grueso sino también alrededor de las partículas de la arena, aquí el espesor de la zona de interface es más pequeña, pero la suma de las zonas individuales generan un volumen muy considerable, al grado que el volumen total de la ITZ está entre un tercio y un medio del volumen total de la pasta de cemento endurecida. En la zona de Interface, las partículas de cemento son incapaces de unirse estrechamente con las partículas relativamente grandes del agregado; en consecuencia, la pasta de cemento endurecida en esta zona tiene una porosidad mucho mayor que la pasta de cemento endurecida más alejada de las partículas del agregado (K Mehta & Monteiro, 2006).

1.7.2 Naturaleza mecánica de la interface

Inicialmente en el concreto recién compactado después de terminar el proceso de mezclado, el agregado queda embebido en la pasta (matriz agua-cemento) y alrededor de sus partículas gruesas, se forman películas de agua. Esta película también rodea los agregados finos, pero estos entran a formar parte de la pasta. Posteriormente, se inicia la reacción del yeso con el aluminato tricálcico y se forman los sulfoaluminatos cálcicos hidratados y etringita, luego se inicia la reacción de los silicatos dicálcicos y tricálcicos, para formar silicatos cálcicos hidratados, o gel C-S-H. Dependiendo si la relación agua- cemento es alta, estos productos cristalinos en las proximidades de los agregados gruesos consisten en cristales relativamente grandes, formando un marco más poroso que en la pasta de cemento. Finalmente, con el avance de la hidratación, C-S-H poco cristalino y una segunda generación de cristales más pequeños de hidróxido de calcio y etringita, se comienza a llenar el espacio vacío que existe entre el marco creado por los grandes cristales de etringita e hidróxido de calcio, mejorando la densidad a medida que

se hidrata el cemento y cuando endurece, genera la adherencia pasta agregado, (K Mehta & Monteiro, 2006).

Los resultados de las modelaciones, han mostrado que la extensión de la ITZ, es aproximadamente igual al diámetro promedio de las partículas de cemento: 11 – 15 µm, para los cementos finos y 28-40 µm para los cementos normales. En el espesor de la ITZ, la porosidad es significativamente mayor que en la pasta común alrededor del 10%, la Figura 1-1, muestra la representación gráfica de la ITZ.

Figura 1-1 Representación gráfica de la Zona de Transición Interfacial, según (K Mehta &

Monteiro, 2006).

Agregado Zona de transición interfacial