Pruebas de compresión en concreto endurecido

Tan pronto como el concreto es mezclado y colocado en las formas, se iniciará el proceso de hidratación. El proceso de hidratación se inicia con la disolución del cemento en el agua, que conduce a una saturación de iones en la solución. Los principales constituyentes del cemento son silicatos tricálcico (C₃S, unos 45-60%), silicatos dicálcico (C₂S, 15-30%), tricálcico aluminatos (C₃A, 6-12%) y tetracalcium aluminoferrites (C₄AF, 6-8%). En presencia de agua, se producen las siguientes reacciones principales:

Después de la hidratación, hidratos del sulfoaluminate calcio (etringita - aguja-como las estructuras) rápidamente comienzan a desarrollarse. Dentro de pocas horas, grandes cristales prismáticos de hidróxido de calcio pequeños cristales fibrosos de hidratos del silicato del calcio aparecen y comienzan a llenar el espacio entre el agua y el cemento. Finalmente, los cristales de etringita pueden descomponerse en hidratos monosulfate. El silicato hidratos de calcio (CSH) estructuran gamas de mal cristalino a amorfo, ocupa 50-60% del volumen del sólido de la pasta de cemento hidratada, y tiene una superficie enorme (100-700 m2/g). El CSHs derivan su fuerza de vinculación (~ 65%), así como de van der Waals (~ 35%) de la vinculación dentro de la compleja estructura iónica y covalente.

Desde un punto de vista de los materiales, los factores que más afectan la resistencia del hormigón son las siguientes:

1. Proporciones de mezcla Cuanto más bajo el agua-a-cemento (w/c) relación en masa, mayor resistencia a la compresión (f'_c), resistencia a la tracción (f_t) y módulo de Young (E). Otros factores, como la proporción de cemento agregado, gradación, textura superficial, forma y rigidez de los agregados, demuestran una influencia secundaria.
2. Tipo de cemento La tasa del proceso de hidratación depende de la fineza de las partículas de cemento. Si se desea una alta resistencia temprana, es común utilizar cemento tipo 3, que es cemento normal (tipo 1) que ha sido molido a una finura mucho mayor.
3. De curado Otro factor que afecta significativamente a la fuerza es la temperatura y humedad en el cual el concreto se cura. En general, cuanto mayor sea la temperatura y humedad, más rápido la hidratación. Por ejemplo, es común para miembros de hormigón pretensados a temperaturas alrededor de 140 ° F con vapor para obtener 70% o superior de la fuerza especificada dentro de un día de casting.
4. Uniformidad y consolidación Estas características se refieren a la homogeneidad de la mezcla y así inicialmente fue compactado. La ausencia de zonas débiles o de aire gran anula (pobre consolidación) y la presencia de un concreto con propiedades uniformes obviamente debe aumentar la fuerza, con todo otras variables restantes de la misma.

Desde un punto de vista de la prueba , los factores que más afectan la resistencia del hormigón son las siguientes:

1. Condición de humedad El húmedo la muestra, mayor será la fuerza.
2. Rugosidad de la superficie de carga La más áspera la superficie, mayor será la fuerza.
3. Tarifa de carga Más rápido la carga, mayor será la fuerza.
4. Humedad y temperatura de curado Cuanto mayor sea la temperatura y humedad en el cual los especímenes fueron almacenados antes de la prueba, mayor será la fuerza.
5. Sistema de seguridad para final El tipo de carga de la cabeza influye en la distribución de tensiones a través de la probeta. La prueba ideal de carga de cabeza es una "superficie de cepillo", sin embargo, este tipo de carga del cabezal es caro de fabricar y capacidad de repetición es un problema. Normalmente se usan cabezales de acero, pero su rigidez conduce a fortalezas más evidentes. El uso de envases compuestos para distribuir más uniformemente las tensiones a través de la muestra ha mejorado mucho este problema.
6. Tipo de máquina de prueba Máquinas de ensayo se pueden clasificar como duro (muy rígido) o suave (menos rígido) en términos de su rigidez. Una máquina suave sigue la curva del stress-strain mejor como el espécimen falla; sin embargo, la energía almacenada adicional será lanzado y conducir a más rápida propagación y por lo tanto una menor resistencia aparente.
7. Geometría de la muestra En los Estados Unidos, se utilizan cilindros (tradicionalmente diámetro 6" por 12" de alto, pero más recientemente los de 4 "x 8"). En Europa, se utilizan cubos (6" por 6" o más pequeñas). Aunque la relación de fuerza del cubo a la fuerza del cilindro disminuye a medida que los aumentos de resistencia del hormigón, se suele suponer que la fuerza de un espécimen del cubo será aproximadamente de 1.25 mayor que la de un cilindro. En pruebas de cilindro, la longitud sobre la relación de diámetro (1D) también influye en la medida fuerza. El cilindro estándar tiene un l proporcion de 2.00, y pueden encontrarse factores de corrección para otras relaciones.

Pruebas de compresión se ejecutan en una máquina de prueba hidráulica. Esta máquina es diferente a la máquina universal de pruebas que hemos utilizado en otros laboratorios, ya que es alimentado por una bomba hidráulica, simple. Esta máquina de prueba sólo funciona en compresión y tiene una carrera relativamente corta. Para la prueba de compresión, la capacidad de carga tiene que ser muy alta (300.000 libras o 300 kips o más) para probar la resistencia de hormigones, como los cilindros de 12 pulgadas tienen una superficie de 28,2 pulg²y fortalezas concretas pueden variar hasta 20 ksi en aplicaciones prácticas. Este tipo de concreto requiere que una máquina con una capacidad de al menos 600 kips.

La prueba de módulo de Young y de Poisson se lleva a cabo utilizando un compressometer. Este dispositivo se instala en un cilindro de hormigón durante una prueba de compresión y se utiliza para medir ambos longitudinal y deformaciones del aro. El calibrador de dial longitudinal se utiliza para calcular las tensiones longitudinales, que en combinación con el estrés se utilizan para calcular el módulo de Young. El cociente de la tensión del aro a la tensión longitudinal puede utilizarse para calcular el nuevo cociente de Poisson. Tanto el módulo de Young y cociente de Poisson son válidas en sólo bajos niveles de carga (sin duda menos de 40% de último), microcracking del hormigón comenzará a alrededor del 30% del último, y el comportamiento del concreto principio claramente no lineal alrededor de 60% del último. Después de este punto, el cociente de Poisson pierde sentido, como el hormigón empezará a exhibir comportamiento dilatational debido al crecimiento de la grieta (es decir, relación de Poisson se convertirá en negativo).

Mientras que el cilindro son útiles para determinar la calidad del concreto entregado al sitio, esta prueba no nos dice lo que es la resistencia del hormigón in situ. Incluso curado de cilindros en el sitio no proporciona resultados muy confiables. Como resultado, ha habido un gran esfuerzo para el desarrollo económicas técnicas no destructivas de testing (NDT) para evaluar la resistencia del hormigón in situ en los últimos 40 años. Dos de las técnicas tempranas más comunes utilizan el martillo de Schmidt y la sonda de Windsor. Estas técnicas son ejemplos de pruebas de dureza superficial, que pueden estar relacionado con la fuerza a través de procedimientos de calibración apropiado.

El martillo de Schmidt es un dispositivo simple, accionado por resorte que dispara un peso de acero en una superficie y mide su rebote. Con la calibración adecuada del dispositivo a una particular mezcla, pueden obtenerse resultados confiables. Como sólo toma unos segundos para ejecutar, este examen es una forma muy eficiente de medir la consistencia del hormigón a través de una o más secuencias de fundición.

La sonda de Windsor, por el contrario, es un arma de pólvora que dispara tres sondas en el concreto en un patrón triangular y mide la penetración promedio. Como con el martillo Schmidt, calibración de una mezcla particular es importante para obtener resultados fiables. La sonda de Windsor es no exactamente no-destructivo como las puntas de prueba necesitan ser removidas, y el hormigón superficial parcheado. La profundidad y el alcance de estos parches es pequeña, así que la reparación no es una cuestión importante. Hay numerosos dispositivos más nuevos y más sofisticados y las técnicas en uso hoy en día para caracterizar la resistencia del hormigón in situ, pero estos métodos están fuera del alcance de este laboratorio.

Prueba de compresión

1. Retire los cilindros de concreto de la zona de almacenamiento o curado por habitación y superficie secan los cilindros.
2. Seleccione seis cilindros para esta prueba y medir el diámetro de cada uno de los cilindros.
3. Que sean los extremos de los cilindros más plana posible. Como la parte superior de los cilindros no son probablemente muy plano, uno debe (a) moler los extremos del cilindro de hormigón con piedra de frotamiento de un albañil a eliminar irregularidades de la superficie y una tapa asfáltica en ambos extremos del cilindro, o (b) Coloque un tapón de neopreno en cada extremo. En este laboratorio, usaremos tapones de neopreno, ya que este método es por lejos el más simple. Sin embargo, aun utilizando esta técnica, las imperfecciones superficiales más importantes deben eliminarse previamente.
4. Aplicar la carga compresiva lenta y continuamente hasta que se alcance la carga máxima. La velocidad de carga debe estar entre 20 psi a 50 psi por segundo (150 libras a 300 libras por segundo). Fallo del cilindro es inminente durante la prueba cuando el indicador de carga se ralentiza y finalmente se detiene. Permite la carga de compresión a continuar hasta que el cilindro es aplastado. Examinar de cerca el tipo de falla del cilindro.
5. Registrar la carga máxima y determinar la resistencia a la compresión para cada muestra analizada.

Determinar el módulo de Young

1. Una de las pruebas de compresión del cilindro, instale un compressometer alrededor del cilindro siguiendo pasos 2.2 a 2.10.
2. Desatornille los tornillos de contacto siete (2 en el anillo de cierre superior, 3 en el anillo de cierre inferior y 2 en el anillo medio) hasta los puntos queden al ras con la cara superficial de los anillos.
3. Colocar el compressometer sobre la muestra concreta localización de la muestra en el centro del anillo.
4. Colocar tres bloques de igual longitud en el anillo inferior. La longitud de los bloques (cilindros) debe ser vertical para proporcionar la altura correcta.
5. Apriete los 3 tornillos de contacto en el anillo de cierre inferior y los 2 tornillos de contacto en el anillo superior contra el espécimen.
6. Apriete los 2 tornillos de contacto en el anillo medio asegurándose de que el tallo vertical del comparador de tensión axial está a medio camino entre las dos partes del anillo del medio.
7. Retire el espaciador de dos barras.
8. Quite los tres bloques de metal por debajo el anillo inferior.
9. A cero el comparador de tensión axial con el tallo cerca de la posición totalmente extendida.
10. A cero el comparador de tensión diametral con su madre cerca de la posición totalmente empujado.
11. Aplicar una serie de cargas en pasos de aproximadamente 10.000 libras, hasta alrededor de 60.000 libras. En cada paso de carga, registrar las deformaciones longitudinales y aro.

Demostración de martillo Schmidt

1. Marcar una cuadrícula de 2 pies x 2 pies sobre una losa de piso de concreto, cubriendo un área de 10 pies x 10 pies Seleccione una superficie de hormigón es suaves, seco y al menos 4 pulgadas (o 102 mm) espesor.
2. En cada punto de red, realizar y grabar una prueba de martillo de rebote Schmidt, tal como se indica en pasos 3.3 a 3.4.
3. Antes de que el martillo se puede utilizar para la prueba, el pistón debe ser lanzado fuera del martillo en la posición de prueba. Si el pistón no es extendido, coloque el extremo del pistón contra una superficie dura y presionar suavemente el martillo Schmidt firmemente contra la superficie. Oirá un clic, y se extenderá el pistón en la posición de prueba.
4. Presione suavemente el martillo de rebote contra la superficie de hormigón a ensayar. Cuando se presiona el pistón en el martillo de rebote, continúa a empujar con más fuerza hasta que oiga un sonido de golpeteo. Mantenga el martillo de rebote firmemente presionado contra la superficie de hormigón y leer el número de rebote en la escala.
5. Calcular el promedio y desviación estándar para este conjunto de medidas.

Los cilindros de compresión tienden a fallar a lo largo de un plano inclinado, a aproximadamente 45 grados. Esta característica indica que la falta no fue conducida por compresión pura (aplastamiento del cilindro) pero más bien por las fuerzas de corte o más precisamente mediante la división de esfuerzos de tensión.

Resultados de la prueba a la compresión se calculan dividiendo la carga máxima de medición (P_max) por el área medida. El valor de resistencia a la compresión se toma como el promedio de tres pruebas de cilindro, siempre que ninguno de ellos dio lugar a un valor de menos de 500 psi de la media.

Módulo de Young y cociente de Poisson se obtienen de la pendiente inicial de la curva del stress-strain y el cociente de longitudinal a las tensiones transversales. El valor del módulo de Young se toma a menudo como , mientras que el cociente de Poisson varía entre 0,12 y 0,2.

El promedio de las lecturas de martillo de Schmidt fue 32.4 con una desviación estándar de 1.3. Estos resultados se consideran aceptables, y la resistencia del concreto in situ fue determinada para ser 4650 psi en calibración de pruebas de cilindros de laboratorio paralelo base.

Se realizaron pruebas de compresión en cilindros de hormigón, así como las medidas del módulo de Young, cociente de Poisson y una demostración de medidas de NDT en concreto. Resultados de la prueba de compresión de las pruebas de cilindro, como las llevadas a cabo en este ejercicio de laboratorio, son relativamente fáciles de realizar y producir resultados con variabilidad aceptable. Las mediciones del cociente de Poisson y módulo de Young son difíciles de hacer, y estas propiedades a menudo se calculan mediante fórmulas empíricas de la resistencia a la compresión en lugar de metodología experimental.

Pruebas de compresión del tipo descrito en el presente documento se utilizan para controlar la ganancia de resistencia en estructuras de hormigón. Los resultados a los 28 días deben cumplir con las especificaciones discretas, pero en general, la prueba no se ejecuta con sólo el fin de cumplir con especificaciones, o comprobar la fuerza de un determinado miembro. La idea principal de estas pruebas es monitorear la calidad de todo el hormigón entregado la vida de todo el proyecto.

Otra aplicación común de la prueba del cilindro es a prueba de corazones extraídos de las estructuras existentes. En estos casos, la intención es determinar si la estructura puede soportar cargas superiores a la inicialmente diseñada para. Un ejemplo es en los puentes más viejos, donde las cargas de camión mayor requieren clasificar puentes para nuevas combinaciones de carga (peso por eje y eje espaciado, por ejemplo) o en investigaciones forenses donde después de un error, es necesario descartar ciertos modos de falla.