Martin S. McGovern

PRESENTACIÓN: Cuando se trata de trabajos de reparación de estructuras, el cierre temporario del servicio suele ser un factor crucial en la consideración de los costos, al extremo de llegar a determinar la elección de un producto más caro si en verdad garantiza menor tiempo de obra. El cuadro que aquí se presenta contiene información muy útil de los principales morteros preempacados que alcanzan las resistencias de diseño en pocas horas; su consulta ayudará a tomar la mejor decisión.

Cuando se determina el verdadero costo de un proyecto de reparación de concreto, los propietarios deben considerar el impacto financiero de tener que cerrar una estructura para realizar el trabajo. ¿Cuál es el costo de los retrasos en el tránsito causados al cerrar un carril de una supercarretera? ¿Cuántas ganancias se pierden al cerrar una sección de una instalación manufacturera? Estos costos ocultos con frecuencia exceden grandemente el precio real de una reparación.

Los ahorros obtenidos al reducir el tiempo fuera de servicio de estructuras en operación han creado un gran mercado para los materiales de reparación del concreto, un mercado que gana fuerza rápidamente. Un propietario con frecuencia pagaría de buena gana una cantidad sustancial de dinero extra por un producto capaz de hacer que una estructura vuelva a estar en servicio en pocas horas, en vez de en pocos días.

La mayoría de los ingenieros y constructores prefieren usar concreto de cemento portland como material de reparación porque se puede obtener fácilmente. Pero una mezcla de concreto con aire incluido que contenga cemento portland Tipo I y una relación de agua-cemento de 0.4 necesita tres días para alcanzar una resistencia a compresión de 140 kg/cm² cuando se cura a 21° C (Ref. 1). Cuando se quiere llegar al límite, el concreto de cemento portland que contiene cemento Tipo III y aditivos aceleradores puede alcanzar 140 kg/cm² en un lapso de 4 a 6 horas (Ref. 2).

Si se requiere una ganancia más rápida de resistencia, véanse los productos que aparecen en el cuadro adjunto. Los cementos con aluminato de calcio, fosfato de magnesio u otras formulaciones patentadas de cementos permiten que muchos de estos productos de rápido endurecimiento alcancen las resistencias de diseño en menos de cuatro horas.

Los productos que integran la lista son morteros preempacados que generalmente vienen en sacos de 22 kg. Para trabajos más grandes, los contratistas pueden hacer compras a granel con algunos fabricantes. También hay fabricantes que ofrecen cementos de endurecimiento rápido a los que los contratistas agregan tanto agregados finos como ligeros.

Para resanes más gruesos de 2.5 cm, la mayor parte de los morteros se pueden extender hasta en 60 por ciento agregando de 1 a 1.3 kg de gravilla de 3 mm por cada saco de 22 kg. Para reparaciones más gruesas, consúltese al fabricante sobre la manera de utilizar agregados más grandes de 3 milímetros.

Comparando las propiedades físicas

Para elaborar el cuadro adjunto, reunimos información de todos los fabricantes que respondieron a nuestra solicitud de datos sobre sus productos. Para limitar el número de productos, hemos incluido sólo aquellos que alcanzan una resistencia a compresión de al menos 35 kg/cm² en tres horas, y de ese modo cumplen con los requisitos de resistencia a compresión para un concreto de endurecimiento rápido, tal como se establece en ASTM C 928.

Un material de reparación debe poseer muchas propiedades físicas para que se comporte bien. Algunas de las propiedades importantes que hay que considerar son la resistencia a compresión y a flexión, resistencia de adherencia, contracción por secado, módulo de elasticidad, fluencia, permeabilidad, y resistencia a congelación y deshielo. Desafortunadamente, la mayoría de los fabricantes no miden o no mencionan muchas de estas propiedades. Para las que se miden, con frecuencia se usan varios métodos diferentes de prueba (o modificaciones de un método) lo cual hace virtualmente imposible comparar los valores. Por lo tanto, el cuadro contiene sólo aquellas propiedades sobre las que se informó de manera muy consistente; vida de servicio, resistencia a compresión y contracción por secado.

La vida de servicio es una estimación del tiempo después del mezclado en que el mortero es lo suficientemente plástico para ser compactado. Mientras que algunos fabricantes proporcionaron valores para la vida de servicio, otros sólo presentaron valores para el tiempo de fraguado inicial, el tiempo de fraguado final, o ambos. Cuando se incluyeron ambos tiempos de fraguado, utilizamos en el cuadro el tiempo de fraguado porque es una estimación más exacta de la vida de servicio del mortero.

Es sumamente importante seleccionar los materiales de reparación que presentan una mínima contracción por secado, para lograr reparaciones duraderas. La contracción por secado conduce a muchas fallas en las reparaciones, incluyendo agrietamiento, delaminación, pérdida de capacidad para soportar cargas, y corrosión de la varilla de refuerzo (Ref. 3). Los valores de contracción por secado incluidos en el cuadro se obtuvieron usando ASTM C 157, a menos que hubiera otra indicación.

Consideraciones

Aunque la mayor parte de los concretos de endurecimiento rápido serán tan durables como el concreto con cemento portland, algunos, debido a sus ingredientes, podrían no comportarse bien en un medio ambiente específico de servicio (Ref. 4).

Algunos concretos de endurecimiento rápido ganan resistencia y se expanden por la formación de etringita. Si el concreto se expande por un periodo largo de tiempo, puede perder resistencia. Puede ocurrir una expansión retardada si el concreto se moja después de no haber sido suficientemente curado.

Debido a que algunos de estos materiales pueden contener niveles anormalmente altos de álcalis o aluminatos para proporcionar expansión, su exposición a sulfatos y a agregados reactivos debe limitarse. Verifíquese con el fabricante para determinar las condiciones de servicio apropiadas.

Algunos concretos de endurecimiento rápido contienen cemento de fosfato de magnesio. A diferencia del concreto con cemento portland, que requiere curado húmedo para mejores resultados, el concreto con fosfato de magnesio (MPC) debe curarse al aire.

Al extender los morteros con fosfato de magnesio, deben utilizarse únicamente agregados no calcáreos, tales como sílice, basalto, granito, roca trapeana y otras rocas duras. Los agregados calcáreos tienen una superficie carbonatada que reacciona con el ácido fosfórico producido cuando se mezclan agua y fosfato de magnesio. Esto produce dióxido de carbono que puede debilitar la adherencia entre la pasta y el agregado.

Aplique MPC únicamente en sustratos bien preparados donde se haya removido la capa de carbonatación. De otro modo, el MPC reacciona con la zona carbonatada y podría no adherirse bien al concreto.

El MPC ya curado es rígido, pero no tiene la rigidez que se encuentra habitualmente en los morteros modificados con materia orgánica. El material, por lo tanto, es susceptible de fracturas por cargas de impacto.

Referencias

1. Steven H. Kosmatka y William C. Panarese, Design and Control of Concrete Mixtures, Portland Cement Association, 1988.

2. Gerald F. Voigt, "Fast Full-depth Pavement Repair", Concrete Repair Digest, abril-mayo de 1995, pp. 115-120.

3. Guide for Selecting and Specifying Materials for Repair of Concrete Surfaces, International Concrete Repair Institute, Guideline núm. 03733, enero de 1996.

4. ACI 546R-96, Concrete Repair Guide, American Concrete Institute, 1996.

Guía de los materiales cementantes preempacados de endurecimiento rápido para reparación de concreto

Toda la información fue proporcionada por los fabricantes.

Vida de

Servicio a 21º C

Fabricante Producto (min)*

American Structural Repair Concrete 25(i)

Concrete Systems Highway Patch II 20(i)

Amer. Stone Mix IFSCEM 110 25(i)

W.R.Bonsal Rapid Patch-VR 20(i)

Burke Fast Patch 928 10¹

D.O.T. Patch 10

Conproco Express Set 5-10

Conspec Pave Patch 15-25(f)

Special Patch 15-25(f)

LPL Patch 30-40(i)

A.W. Cook Rapid Cure 30-40(i)

CTS Cement D.O.T. Repair Mix 10-20

Mortar Mix 29(i)

Dayton Superior HD-50 15

Day-Chem Perma Patch 15

Euclid Euco-Speed 18(f)

Euco Speed MP² 8-12(i)¹

Five Star Structural Concrete 20(i)

Highway Patch 15(i)

Fosroc Patchroc 10-60 16(i)

Patchroc 10-61 40

Fox Industries FX-928 15(i)

Gemite Fibre Patch ES 15-20

Harris (Thoro) Road Patch II 10-15(i)

L&M Durapatch Hiway 14(i)

Mapei Quickcem Top 102 30

Quickcem Top 202 30

Master Builders Emaco T415 14-21(i)

Emaco T430 75(i)

Set 45² 10-15(i)¹

Metalcrete Speedpave 16(f)

Speedpave MP² 13(f)¹

Metalcrete Rapid 16(f)

Quikrete Rapid Road Repair 20-25(i)

RH Sand Mix 30-45(f)

Sika Roadway Patch 15-25

Sonneborn Road Patch 10-15

STO Trowel Grade Mortar(acc) 30

Flowable Mortar(acc) 30

Symons D.O.T. Patch 15

Fast Set 5 5(i)

Fast Set 20 21(i)

Fast Set 40 42(i)

Tamms Dural Top Fast Set 15

Speedcrete 2028 20-35(i)

Speedcrete Greenline 6-15(i)

Target Traffic Patch 25(i)

Resistencia a compresión Kg/cm² Contracción por

______________________________ secado

1 h 3 h 1 día 28 días 28 días

175 351 562 -0.03

445 659 735 -0.03¹¹

140 281 492 -0.01¹²

210 421 492 -0.06

190⁹ 190⁹ 434⁹ 555⁹ -0.07⁹

224 312 441 681 -0.062

140 221 309 436

140¹⁰ 506 +0.04

84¹⁰ 492 +0.02

105 253 506 0.0

217 341 626

140⁶ 351 527 738 -0.036

140⁶ 244 333 534 -0.021

175 246 432 562 -0.138

175 281 366 765 -0.07

98 351 492 -0.054

351 421 527

175 351 562 0.05

175 386 457 -0.08

140 281 492 598 -0.02

210 633 -0.02

197 421 562 0.0

56⁵ 232 429 -0.02

172³ 322 444 -0.10¹¹

175³ 351 569

107 361 416 -0.06

83 247 491 -0.06

169³ 443 703 -0.10

69 316 773 -0.10

140 351 421 598 -0.02

105 281 527 -0.10

325 534 668 0.0

105 492 844 -0.10

210 239 366 588 -0.04

65 67 213 496 -0.05

105³ 281 562

210 337 499 689 -0.067

105 210 421 -0.05

105 210 421 -0.05

74 246 288 711 +0.01

70 288 602 -0.08

47 415 649 -0.08

40 232 446 -0.08

65 281 493

210 351 492 633 -0.013^8.12

140 222 449 -0.054

151⁶ 197 279 703 -0.033

_____________________________________

¹ Se dispone de formulaciones con tiempos de fraguado extendidos para aplicaciones en clima caliente.

² A base de fosfato de magnesio

³ Resistencia @ 2 horas

⁴ Tiempo de fraguado @ 35º C

⁵ Resistencia @ 4 horas

⁶ Resistencia una hora después del fraguado

⁷ Resistencia @ 90 minutos

⁸ Contracción @ 7 días

⁹ Curado @ 4.4º C

¹⁰ Resistencia 3 horas después del fraguado

¹¹ Contracción medida usando ASTM C 596

¹² Resistencia medida usando ASTM C 1107

(i) Denota tiempo de fraguado inicial; (f) denota tiempo de fraguado final

Este artículo fue publicado en Concrete Repair Digest, junio-julio de 1997, y se reproduce con la autorización de dicha publicación.