Evaluación del desempeño del concreto autocompactante f’c= 350 kg/cm2 con reemplazo parcial del cemento tipo HS por microsílice y diatomita expuesto a condiciones normales y al ataque de sulfatos en obras portuarias del Callao, Perú

Abstract

El ataque de sulfatos es una de las principales causas de deterioro en las estructuras portuarias de concreto, ya que reduce progresivamente la resistencia mecánica y la vida útil como vigas y columnas. En este contexto, esta investigación tiene como objetivo desarrollar un concreto autocompactante (CAC) mediante la incorporación de microsílice y diatomita como sustitutos parciales del cemento tipo HS, con el fin de mejorar la trabajabilidad, incrementar la resistencia mecánica y disminuir la permeabilidad frente a ambientes agresivos. Se elaboraron ocho mezclas: un patrón, tres con microsílice (5 %, 8 % y 10 %) y cuatro con diatomita (2 %, 4 %, 5 % y 8 %), manteniendo constante la relación agua/cemento (0.40) y el aditivo superplastificante (1 % respecto al peso del cemento). Se emplearon especímenes cilíndricos 6” x 12” curados en condiciones normales y expuestos a una solución de sulfato de sodio al 5 %. En estado fresco se evaluaron temperatura, Slump Flow, V-Funnel, L-Box y contenido de aire; en estado endurecido se midieron resistencia a compresión, tracción indirecta y permeabilidad a los 3, 14, 28, 56 y 90 días. Los resultados mostraron que los diseños M5 y D2 destacaron en estado fresco con alta fluidez y capacidad de paso del concreto, el diseño M8 alcanzó la mayor compresión (79.5 MPa), y la mayor tracción (72.1 kg/cm2), además de una reducción de permeabilidad de hasta sesenta y cinco por ciento (65%). Finalmente, el análisis costo-desempeño evidenció que la mezcla de diatomita al 2% ofrece la mejor eficiencia alcanzando el 86 % de desempeño a un costo de S/. 429.59 por m³.

Sulfate attack is one of the main causes of deterioration in port concrete structures, as it progressively reduces mechanical strength and service life, particularly in elements such as beams and columns. In this context, the objective of this research is to develop a self-compacting concrete (SCC) incorporating microsilica and diatomite as partial replacements for Type HS cement, aiming to improve workability, increase mechanical strength, and reduce permeability under aggressive environmental conditions. Eight concrete mixes were prepared: one control, three with microsilica (5%, 8%, and 10%), and four with diatomite (2%, 4%, 5%, and 8%), keeping the water-to-cement ratio (0.40) and the superplasticizer dosage (1% by cement weight) constant. Cylindrical specimens (6” × 12”) were cured under normal conditions and exposed to a 5% sodium sulfate solution. In the fresh state, temperature, slump flow, V-funnel, L-box, and air content were evaluated; in the hardened state, compressive strength, splitting tensile strength, and permeability were measured at 3, 14, 28, 56, and 90 days. The results showed that mixes M5 and D2 stood out in the fresh state due to high flowability and passing ability; mix M8 achieved the highest compressive strength (79.5 MPa), the highest tensile strength (72.1 kg/cm²), and a permeability reduction of up to 65%. Finally, the cost-performance analysis revealed that the 2% diatomite mix offered the highest efficiency, reaching 86% performance at a cost of S/. 429.59 per m³.