Perception of Structured Analytic Techniques

El estudio del proceso de formación de hielo en los poros del hormigón es necesario para evaluar los daños en el hormigón causados por la congelación.

La durabilidad al hielo-deshielo del hormigón está muy relacionada con su estructura de poro. El volumen, el radio y la distribución del tamaño de los poros deciden el punto de congelación de la solución del poro y la cantidad de hielo que se forma en los poros [Cai & Liu, 1998].

La congelación del agua en los poros capilares más grandes es la causa principal del daño del hielo sobre el hormigón estructural [Mao & Ayuta, 2008]. Al aumentar la temperatura el agua se deshiela, y la transición de esta fase es acompañada por un cambio dimensional y un cambio de las tensiones internas [Cao & Chung, 2002].

Los poros presentes en la matriz de cemento o en el hormigón puede deberse a los huecos de aire del aireante, al aire mezclado con los materiales durante la mezcla y a los poros debidos al agua combinada. Los poros debidos al agua combinada pueden dividirse en poros de gel y poros capilares que, respectivamente, aumentan y disminuyen según el proceso de hidratación del cemento, causando finalmente una reducción del volumen total del poro en el final del proceso [Aligizaki, 2006].

[Moon et al, 2006] investigaron las características de los poros para realizar el análisis de la macroestructura porosa. Se dividen los poros en tres categorías según las

dimensiones de estos poros: Microporos <0,01 µm, Mesoporos de 0,01 a 0,05 µm y Macroporos de 0,05 a 10 µm, como se muestra en la Figura 2.41. También se han divido los poros en tres categorías según la matriz del cemento: poro de gel <0,003 µm, inter- partículas de poros de 0,003 a 0,2 µm, poros capilares <0,003 a 10 µm y aire atrapado >10 µm.

Figura 2.41 Clasificación de tamaño de los poros [Moon et al, 2006].  

También los autores han hecho un estudio experimental de 12 muestras de hormigón en tres categorías. En cada una de ellas se han utilizado dos tipos de cemento (cemento Pórtland y Blended) y con distintos porcentajes de relación a/c para calcular la cantidad y el volumen de la distribución de poros utilizando el método de Porosimetría por Intrusión de Mercurio (MIP) [Diamond, 2000]. Se estudiaron las características de los poros, la resistencia a compresión del hormigón y la difusión de cloruros en el hormigón. Concluyen que la resistencia del hormigón reduce cada vez que aumenta el diámetro medio de los poros, como se muestra en la Figura 2.42. El diámetro medio de los poros del hormigón se disminuye según el orden siguiente: (1) cemento de bajo calor de hidratación, (2) cemento Pórtland normal y cemento resistente a los sulfatos, (3) cemento con 40% de escorias de alto horno, (4) cemento con 60% de escorias de alto horno, (5) cemento de tres componentes. Por otro lado, la difusión de cloruros en el hormigón disminuye según el orden siguiente; (1) cemento de bajo calor de hidratación, (2) cemento Pórtland normal y cemento resistente a los sulfatos, (3) cemento con 40% de escorias de alto horno, (4) cemento con 60% de escorias de alto horno y cemento de tres componentes. La difusión de cloruros aumenta con el diámetro medio de poro

Figura 2.42 Relación entre el diámetro medio de poro, la resistencia a compresión y el volumen total de poro [Moon et al, 2006].

[Lafhaj et al, 2006] investigaron la correlación entre el ultrasonido (velocidad de pulso ultrasónico VPU), la porosidad y permeabilidad para las muestras de mortero en condiciones secas (cuando el contenido de agua es menor del 10%), saturación parcial (entre 45% y 55%) y saturación completa (más que 85%). Concluyeron que aumentan los poros al aumentar la relación a/c. La relación entre los poros y la relación a/c no es lineal. El rango de los poros está entre el 8% y el 13,5%, como se muestra en la Figura 2.43. Cuando aumentan los poros se reduce la velocidad de ultrasonido. También aumenta la permeabilidad cada vez que aumenta la porosidad, como se muestra en la Figura 2.44.

Figura 2.43 Variación de la porosidad con la relación a/c [Lafhaj et al, 2006].

Figura 2.44 Variación de permeabilidad con la porosidad [Lafhaj et al, 2006].

[Yang, 2006] investigó la existencia de una relación directa entre el coeficiente de migración de los estados (estable y no estable) obtenido del ensayo de acelerar la migración del ión cloruro en el hormigón. Y también determinó la existencia de una relación entre el volumen de los poros capilares y el diámetro crítico del poro y las características de transporte en los dos estados (estable y no estable). Obtuvo una buena relación lineal entre el coeficiente de migración (estable y no estable) basado en el mismo sistema experimental. Ambos coeficientes de migración (estable y no estable) estuvieron linealmente relacionados con el volumen de poro capilar y el diámetro de poro crítico, como se muestra en la Tabla 2.13.

Tabla 2.13 Volumen total de intrusión, de poro capilar y diámetro de poro crítico para el mortero [Yang, 2006]

Mizcal  Volumen total  

de intrusión  (mL/g)    Volumen de poro  capilar(30­10,00nm)  (mL/g)  Diámetro de  poro critico  (nm)  C30  0,0528  0,0427  77  C35  0,0580  0,0445  77  C40  0,0684  0,0542  84  C45  0,0707  0,0547  106  C50  0,0829  0,0627  117  C55  0,0883  0,0654  130  C60  0.0901  0,0723  134  C65  0,1022  0,0772  142 

[Zuber & Marchand, 2004] desarrollaron ecuaciones fundamentales para modelar las deformaciones en hormigones expuestos a condiciones de congelación, incluida la debida a la presión hidráulica. En [Coussy, 2005] se desarrollaron estas ecuaciones y luego se utilizaron en [Coussy & Monteiro, 2008] para estudiar el efecto del tamaño de poro y el aumento de presión de poros que actúan en la pasta del cemento expuesto a temperaturas de congelación. El modelo permite la identificación de la importancia relativa de los huecos de aire que actúan como embalse de expansión. Las simulaciones numéricas estudian el efecto de la distribución del tamaño del poro en el factor de espaciado crítico dentro del material poroso cuando comienza a congelarse, como se muestra en la Figura 2.45.

Figura 2.45 La fracción de volumen de poro acumulativa frente al radio de entrada del poro para tres morteros diferentes [Coussy & Monterio, 2008].