CDT La industria de la construcción se enfrenta a retos únicos cuando trabaja en climas fríos, especialmente cuando se trata de materiales a base de cemento como el hormigón y el mortero. Si alguna vez ha vertido hormigón a temperaturas bajo cero, sabrá que no es tan sencillo como esperar a que fragüe. El frío puede ralentizar la hidratación -la reacción química que da resistencia al hormigón-, lo que provoca retrasos, debilita las estructuras y causa problemas de durabilidad a largo plazo.
Fuente: AZO Build
Entonces, ¿qué puede hacer para asegurarse de que su hormigón y mortero rinden bien en condiciones frías? Este artículo analiza la ciencia que subyace al impacto del frío en el cemento, comparte las mejores prácticas para trabajar a bajas temperaturas y destaca las estrategias respaldadas por la investigación para mantener sus proyectos en marcha.
Cemento y mortero: Conceptos básicos
El cemento se compone principalmente de silicatos cálcicos (C3S y C2S), aluminatos y ferritas. Cuando se mezcla con agua, forma un gel de silicato cálcico hidratado (C-S-H), el componente clave responsable de la resistencia del hormigón. El mortero, una mezcla de cemento, áridos finos (arena) y agua, actúa como aglutinante en la albañilería. Aunque la hidratación es un proceso exotérmico, también es muy sensible a la temperatura. El curado óptimo se produce entre 10 °C y 25 °C. Cuando las temperaturas caen por debajo de este rango, la velocidad de reacción se ralentiza, retrasando el tiempo de fraguado y el desarrollo de la resistencia.
Sin embargo, el frío puede entorpecer el proceso de hidratación, ralentizando la velocidad de reacción e incluso provocando riesgos de congelación.
Si el hormigón fresco se congela antes de fraguar, los resultados pueden ser desastrosos: grietas, puntos débiles y problemas de durabilidad. Esto es lo que ocurre cuando bajan las temperaturas:
- Velocidades de reacción más lentas: A medida que baja la temperatura, la hidratación se ralentiza. Las investigaciones demuestran que, a 5 °C, el hormigón tarda el doble en ganar resistencia que a 20 °C. Este retraso puede ser un gran problema para los proyectos que dependen del desarrollo temprano de la resistencia.
- Riesgo de congelación: Si el agua del interior de la mezcla se congela, se expande y altera la matriz, creando microfisuras. Si esto ocurre en las primeras 24 horas, la resistencia a la compresión puede disminuir hasta un 50%.
- Problemas de durabilidad a largo plazo: El frío puede provocar una hidratación incompleta, dejando partículas de cemento sin reaccionar. Esto aumenta la permeabilidad, permitiendo que la humedad y las sales de deshielo se filtren, provocando daños por congelación-descongelación y corrosión del acero incrustado.
Buenas prácticas para el hormigonado en climas fríos
Para mantener el hormigón fuerte y duradero a pesar del frío, deberá tomar precauciones adicionales. El objetivo es evitar la congelación, mantener temperaturas de curado adecuadas y garantizar el desarrollo de la resistencia. He aquí cómo:2,3
Preparativos previos a la colocación
Asegúrese de que los encofrados, los subsuelos y las armaduras están libres de hielo y se han calentado por encima del punto de congelación.
Utilice áridos calentados y agua de mezcla caliente para mantener la temperatura de la mezcla en un rango seguro.
Cubra la subrasante con mantas térmicas antes de la colocación para evitar la pérdida de calor.
Procure que la temperatura inicial de la mezcla sea de 10-20°C para iniciar la hidratación.
Control de la temperatura y aislamiento
– Utilice mantas aislantes, aislamiento de encofrados y recintos calefactados para mantener la temperatura estable.
– Tenga cuidado con los calentadores: una ventilación adecuada es clave para evitar la carbonatación superficial.
– Proteja los bordes expuestos y las secciones delgadas con aislamiento adicional.
– Retire el aislamiento gradualmente para evitar caídas bruscas de temperatura que podrían causar grietas.
Técnicas de curado
– Evite el curado húmedo tradicional en temperaturas bajo cero, ya que el agua añadida puede congelarse y dañar el hormigón.
– Utilice compuestos de curado que formen membranas y cubiertas aislantes para retener la humedad de forma segura.
– Mantenga el encofrado más tiempo para ralentizar el enfriamiento y proteger las condiciones de curado.
– Coloque cortavientos y retardadores de evaporación para evitar la pérdida de humedad en el aire frío y seco.
Diseño de la mezcla y aditivos
– Utilice aceleradores como el nitrato cálcico o el cloruro cálcico para acelerar la hidratación y el aumento de la resistencia.
– Añada agentes aireantes para mejorar la resistencia a la congelación-descongelación y minimizar los riesgos de agrietamiento.
– Considere el uso de cemento de alta resistencia inicial o reduzca el contenido de cenizas volantes para acelerar el desarrollo de la resistencia.
– Ajustar la relación agua-cemento para mantener la trabajabilidad evitando el exceso de agua que podría congelarse.
– Algunos estudios sugieren que los materiales de cambio de fase (PCM), como la parafina, pueden ayudar a regular la temperatura del hormigón, retrasando la congelación entre 6 y 8 horas, lo que resulta perfecto para las olas de frío de corta duración.
Programación y control
– Utilice hormigón de menor asentamiento para reducir el agua de drenaje y los retrasos en el fraguado.
– Prolongar los tiempos de curado para asegurar que el hormigón alcanza la resistencia adecuada antes de retirar el encofrado.
– Supervise el progreso del curado con sensores de madurez y pruebas de resistencia in situ.
– Si es posible, programe la colocación del hormigón durante las horas más cálidas del día para maximizar la eficiencia del curado.
Casos prácticos y ejemplos reales
El hormigonado en climas fríos requiere estrategias probadas para garantizar el éxito de la construcción. Varios estudios de casos ponen de relieve métodos eficaces como el aislamiento térmico y los aceleradores químicos. Los siguientes ejemplos demuestran las aplicaciones prácticas de estas técnicas en climas difíciles.
Mantas térmicas en la construcción de puentes en Noruega
En Noruega se utilizaron mantas aislantes en el tablero de un puente para retener el calor y evitar la congelación. Este método mantuvo las temperaturas de hidratación y garantizó una ganancia de resistencia adecuada a pesar de las condiciones bajo cero. También se utilizaron recintos calefactados en periodos de frío extremo para mantener la temperatura ambiente por encima del punto de congelación. La investigación confirmó que el curado aislado mejoraba significativamente el desarrollo temprano de la resistencia. Estas medidas permitieron colocar con éxito el hormigón en condiciones árticas sin comprometer la calidad.3
Curado acelerado en la construcción canadiense de rascacielos
En Canadá, los contratistas utilizaron aceleradores sin cloruro y aislamiento para los proyectos invernales de gran altura. Los aceleradores aceleraron la hidratación, lo que permitió retirar el encofrado a tiempo incluso con temperaturas bajo cero. El agua de mezclado calentada y el encofrado aislado mantuvieron el hormigón fresco a temperaturas óptimas. La combinación de protección térmica y aditivos químicos garantizó que el hormigón alcanzara los niveles de resistencia requeridos. Este planteamiento permitió seguir construyendo en invierno cumpliendo las normas estructurales y de durabilidad, lo que demuestra la eficacia de una estrategia de hormigonado en tiempo frío bien planificada.4
Normas y directrices del sector
Si trabaja con hormigón en climas fríos, no tiene por qué resolverlo todo usted solo: las normas del sector están aquí para ayudarle. Estas directrices están diseñadas para mantener el hormigón fuerte, duradero y resistente a las heladas. Éstas son algunas de las más importantes:
ACI 306R-16: Esta norma del Instituto Americano del Hormigón define el frío como temperaturas inferiores a 4 °C y ofrece recomendaciones detalladas para proteger el hormigón durante el curado. Hace hincapié en mantener el hormigón por encima del punto de congelación hasta que adquiera la resistencia suficiente para resistir los daños de los ciclos de congelación y descongelación.
CSA A23.1: La Asociación Canadiense de Normalización esboza principios similares, exigiendo aislamiento, recintos calefactados o cubiertas protectoras para mantener temperaturas de curado adecuadas. También exige una resistencia mínima de 7 MPa antes de exponer el hormigón a condiciones de congelación, lo que garantiza su durabilidad en climas adversos.
ASTM C31: Esta norma especifica cómo curar y ensayar correctamente probetas de hormigón en climas fríos. Requiere mantener temperaturas entre 16-27°C durante las primeras 24-48 horas para proporcionar evaluaciones precisas de la resistencia.
ASTM C94: Esta directriz establece las temperaturas mínimas de entrega del hormigón en tiempo frío para evitar un fraguado prematuro y garantizar una hidratación adecuada. Seguir estas especificaciones ayuda a los contratistas a mantener una calidad constante, incluso en condiciones difíciles.
Cumplir estas normas no es sólo marcar casillas: es asegurarse de que el hormigón resiste el paso del tiempo. Con las precauciones adecuadas, podrá mantener su proyecto en marcha, incluso cuando bajen las temperaturas.5
Conclusión
El frío no tiene por qué suponer un problema para su obra de hormigón, siempre que lo planifique con antelación. Controlar la temperatura, utilizar la mezcla adecuada y prolongar los tiempos de curado pueden contribuir en gran medida a evitar problemas de hidratación y daños por congelación y descongelación.
Con el aumento de la variabilidad climática, nuevas soluciones como los materiales de cambio de fase y los sistemas de calefacción energéticamente eficientes están cambiando las reglas del juego. Cumplir las normas del sector, como la ACI 306R-16 y la ASTM C31, le proporciona una base sólida (literalmente) para el éxito del hormigonado en climas fríos. Esté preparado, siga las mejores prácticas y su hormigón resistirá por muy bajas que sean las temperaturas.
Referencias y lecturas complementarias
- Hammontree, H., Oh, E., & Moler, P. (2020). Temperature Effect on the Compressive Behavior and Constitutive Model of Plain Hardened Concrete. Materials, 13(12), 2801. DOI:10.3390/ma13122801. https://www.mdpi.com/1996-1944/13/12/2801
- Cold Weather Concreting. ACI 360R. American Concrete Institute. https://www.concrete.org/Portals/0/Files/PDF/University/306R-16_excerpt.pdf
- Nilimaa, J., & Zhaka, V. (2023). An Overview of Smart Materials and Technologies for Concrete Construction in Cold Weather. Eng, 4(2), 1550-1580. DOI:10.3390/eng4020089. https://www.mdpi.com/2673-4117/4/2/89
- Sedaghatdoost, A. (2023). COLD WEATHER CONCRETE: CURRENT PRACTICES AND INNOVATIVE MIX DESIGNS AND PROTECTION METHODS. The University of Manitoba. https://mspace.lib.umanitoba.ca/server/api/core/bitstreams/635f9f55-70c5-47c5-8c1a-d0ed3422ae09/content
- Concrete in Practice: What, Why & How? NRMCA. https://www.nrmca.org/wp-content/uploads/2021/01/27pr.pdf
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