Concreto

Se encontraron suelos de hormigón en el palacio real de Tirinto , Grecia, que data aproximadamente de 1400 a 1200 a. C. ^{[ 11 ] [ 12 ]} En Grecia, por ejemplo en Creta y Chipre, se utilizaban morteros de cal en el año 800 a. C. El acueducto asirio de Jerwan (688 a. C.) empleaba hormigón impermeable . ^{[ 13 ]} El hormigón se utilizaba en la construcción de muchas estructuras antiguas. ^{[ 14 ]}

La producción a pequeña escala de materiales similares al hormigón fue iniciada por los comerciantes nabateos , quienes ocuparon y controlaron una serie de oasis y desarrollaron un pequeño imperio en las regiones del sur de Siria y el norte de Jordania desde el siglo IV a. C. Descubrieron las ventajas de la cal hidráulica , con algunas propiedades autocementantes, hacia el año 700 a. C. Construyeron hornos para suministrar mortero para la construcción de casas de mampostería , pisos de hormigón y cisternas subterráneas impermeables . Mantuvieron las cisternas en secreto, ya que estas permitieron a los nabateos prosperar en el desierto. ^{[ 15 ]} Algunas de estas estructuras sobreviven hasta nuestros días. ^{[ 15 ]}

Los romanos utilizaron el hormigón extensamente desde el 300 a. C. hasta el 476 d. C. ^{[ 17 ]} Durante el Imperio romano, el hormigón romano (u opus caementicium ) se fabricaba con cal viva , puzolana y un agregado de piedra pómez . ^{[ 18 ]} Su uso generalizado en muchas estructuras romanas , un acontecimiento clave en la historia de la arquitectura denominado la revolución arquitectónica romana , liberó a la construcción romana de las restricciones de los materiales de piedra y ladrillo. Permitió nuevos diseños revolucionarios en términos de complejidad estructural y dimensión. ^{[ 19 ]} El Coliseo de Roma se construyó en gran parte de hormigón, y el Panteón tiene la cúpula de hormigón sin armar más grande del mundo. ^{[ 20 ]}

El hormigón, tal como lo conocían los romanos, era un material nuevo y revolucionario. Colocado en forma de arcos , bóvedas y cúpulas , se endurecía rápidamente formando una masa rígida, libre de muchas de las tensiones y esfuerzos internos que preocupaban a los constructores de estructuras similares en piedra o ladrillo. ^{[ 21 ]}

Las pruebas modernas muestran que el opus caementicium tenía una resistencia a la compresión similar a la del hormigón de cemento Portland moderno (aprox. 200 kg/cm² ^[ 20 MPa; 2800 psi] ). ^{[ 22 ]} Sin embargo, debido a la ausencia de refuerzo, su resistencia a la tracción era mucho menor que la del hormigón armado moderno , y su modo de aplicación también era diferente: ^{[ 23 ]}    

El hormigón estructural moderno se diferencia del hormigón romano en dos detalles importantes. Primero, su consistencia es fluida y homogénea, lo que permite verterlo en moldes en lugar de requerir capas manuales junto con la colocación de agregados, que, en la práctica romana, a menudo consistían en escombros . Segundo, el acero de refuerzo integral proporciona a los conjuntos de hormigón modernos una gran resistencia a la tracción, mientras que el hormigón romano solo podía depender de la resistencia de la adherencia del hormigón para resistir la tracción. ^{[ 24 ]}

Se descubrió que la durabilidad a largo plazo de las estructuras de hormigón romanas se debía a la presencia de roca piroclástica (volcánica) y ceniza en la mezcla de hormigón. La cristalización de strätlingita (un complejo de aluminosilicato de calcio hidratado) ^{[ 25 ]} durante la formación del hormigón y su fusión con estructuras similares de aluminosilicato de calcio hidratado contribuyeron a que el hormigón romano tuviera una mayor resistencia a la fractura en comparación con el hormigón moderno. ^{[ 26 ]} Además, el hormigón romano es significativamente más resistente a la erosión por agua de mar que el hormigón moderno; los materiales piroclásticos mencionados reaccionan con el agua de mar para formar cristales de Al- tobermorita con el tiempo. ^{[ 27 ] [ 28 ]} Se ha propuesto que el uso de la mezcla en caliente en la preparación del hormigón, que da lugar a la formación de clastos de cal en el producto final, confiere al hormigón romano una capacidad de autorreparación . ^{[ 29 ] [ 30 ]}

El uso generalizado del hormigón en muchas estructuras romanas garantizó que muchas de ellas perduraran hasta nuestros días. Las Termas de Caracalla en Roma son solo un ejemplo. Muchos acueductos y puentes romanos , como el magnífico Pont du Gard en el sur de Francia, tienen un revestimiento de mampostería sobre un núcleo de hormigón, al igual que la cúpula del Panteón .

En Britania, tras la caída del Imperio Romano , existen pruebas del uso continuado de cal viva y se han encontrado restos de un molino de mortero del siglo VIII en Northamptonshire , pero se cree que las bajas temperaturas del horno en la cocción de la cal, la falta de puzolana, la mala mezcla y la cultura anglosajona de la construcción en madera contribuyeron a un declive en la calidad del hormigón y el mortero en la zona, aunque no llegó a ser un arte perdido. A partir del siglo XI en Inglaterra, el mayor uso de la piedra en la construcción de iglesias y castillos provocó una mayor demanda de mortero. La calidad empezó a mejorar en el siglo XII gracias a una mejor molienda y tamizado. Los morteros y hormigones de cal medievales no eran hidráulicos y se utilizaban para unir mampostería, "colocación" (unión de núcleos de mampostería de escombros ) y cimientos. Bartholomaeus Anglicus, en su De proprietatibus rerum (1240), describe la elaboración del mortero. En una traducción inglesa de 1397, se lee: «La cal... es una piedra quebrada; por su mezcla con sonda y agua se hace mortero». Desde el siglo XIV, la calidad del mortero volvió a ser excelente, pero solo a partir del siglo XVII se empezó a añadir puzolana de forma habitual. ^{[ 31 ]}

El hormigón maya en las ruinas de Uxmal (850-925 d. C.) se menciona en Incidents of Travel in the Yucatán de John L. Stephens . «El techo es plano y había sido cubierto con cemento». «Los pisos eran de cemento, en algunos lugares duros, pero, debido a la larga exposición, se rompieron y ahora se desmoronan bajo los pies». «Pero en toda la muralla era sólida y consistía en grandes piedras incrustadas en mortero, casi tan duras como la roca». ^{[ 32 ]}

Los morteros hidráulicos medievales se elaboraban añadiendo puzolanas como cerámica triturada, suelos volcánicos o suelos metamorfoseados procedentes de depósitos específicos con propiedades puzolánicas conocidas, como el trass o el ópalo no cristalino . El mortero hidráulico se utilizaba en la Creta medieval. El uso de arenas específicas que contenían ceniza volcánica en los morteros del sur de Italia de los siglos X y XI podría indicar un conocimiento de sus propiedades. ^{[ 33 ]}

El tratado arquitectónico romano De architectura de Vitruvio contenía una descripción del cemento romano, y una copia en el scriptorium de Carlomagno produjo muchas de las copias medievales que posteriormente sobrevivieron. Poggio Bracciolini encontró una copia en la abadía de Saint Gall en 1414. La primera edición impresa fue publicada en 1486 por Fra Giovanni Sulpitius , y entre 1520 y 1692 se publicaron versiones en italiano, alemán, francés, español e inglés. ^{[ 31 ]}

En un astillero del siglo XVI en Venecia se utilizaban morteros de cal hidráulica en los cimientos. El mortero hidráulico también se utilizaba en los baños otomanos de Budapest de la misma época. ^{[ 33 ]}

El Canal du Midi fue construido con hormigón en 1670. ^{[ 34 ]}

En Inglaterra, en el siglo XVII, se añadió trass procedente de Renania a la cal, incluso para el muelle de Tánger (1663-1683), que también utilizó puzolana italiana recomendada y suministrada por ingenieros genoveses . En el puerto de Toulon , se construyeron cimientos de hormigón con puzolana o trass, cal viva, arena, guijarros y escoria o ceniza. La reconstrucción de los cimientos del puente de Essex en 1752, realizada por George Semple, incluyó una mezcla de piedras pequeñas, arena y cal en polvo. ^{[ 31 ]}

Quizás el mayor avance en el uso moderno del hormigón fue la Torre de Smeaton , construida por el ingeniero británico John Smeaton en Devon , Inglaterra, entre 1756 y 1759. Este tercer faro de Eddystone fue pionero en el uso de cal hidráulica en el hormigón, utilizando guijarros y ladrillo pulverizado como agregado. ^{[ 35 ]}

En Inglaterra, Joseph Aspdin desarrolló y patentó en 1824 un método para producir cemento Portland. ^{[ 36 ]} Aspdin eligió este nombre por su similitud con la piedra de Portland , que se extraía en la isla de Portland, en Dorset , Inglaterra. Su hijo William continuó con los avances hasta la década de 1840, lo que le valió el reconocimiento por el desarrollo del cemento Portland "moderno". ^{[ 37 ]}

El hormigón armado fue inventado en 1849 por Joseph Monier . ^{[ 38 ]} y la primera casa de hormigón armado fue construida por François Coignet ^{[ 39 ]} en 1853. El primer puente de hormigón armado fue diseñado y construido por Joseph Monier en 1875. ^{[ 40 ]}

El hormigón pretensado y el hormigón postensado fueron desarrollados por Eugène Freyssinet , ingeniero civil y estructural francés . Los componentes o estructuras de hormigón se comprimen mediante cables de tendón durante o después de su fabricación para reforzarlos contra las fuerzas de tracción que se generan al entrar en servicio. Freyssinet patentó la técnica el 2 de octubre de 1928. ^{[ 41 ]}

El cemento Portland es el tipo de cemento más común en el uso general. Es un ingrediente básico del hormigón, el mortero y muchos enlucidos . ^{[ 44 ]} Consiste en una mezcla de silicatos de calcio ( alita , belita ), aluminatos y ferritas , compuestos que reaccionan con el agua. El cemento Portland y materiales similares se fabrican calentando piedra caliza (fuente de calcio) con arcilla o pizarra (fuente de silicio, aluminio y hierro) y moliendo este producto (llamado clínker ) con una fuente de sulfato (generalmente yeso ).

Los hornos de cemento son instalaciones industriales extremadamente grandes, complejas e inherentemente polvorientas. De los diversos ingredientes utilizados para producir una cantidad determinada de hormigón, el cemento es el más costoso energéticamente. Incluso los hornos complejos y eficientes requieren de 3,3 a 3,6 gigajulios de energía para producir una tonelada de clínker y luego molerlo para convertirlo en cemento . Muchos hornos pueden alimentarse con residuos difíciles de desechar, siendo los neumáticos usados ​​los más comunes. Las temperaturas extremadamente altas y los largos períodos de tiempo a esas temperaturas permiten que los hornos de cemento quemen de manera eficiente y completa incluso combustibles difíciles de usar. ^{[ 45 ]} Los cinco compuestos principales de silicatos y aluminatos de calcio que componen el cemento Portland varían del 5 al 50 % en peso.

La combinación de agua con un material cementante forma una pasta de cemento mediante el proceso de hidratación. La pasta de cemento une el agregado, rellena los huecos en su interior y facilita su fluidez. ^{[ 46 ]}

Como establece la ley de Abrams , una menor relación agua-cemento produce un hormigón más resistente y duradero , mientras que una mayor cantidad de agua da como resultado un hormigón más fluido con un asentamiento mayor . ^{[ 47 ]} La ​​hidratación del cemento implica muchas reacciones simultáneas. El proceso incluye la polimerización , la interconexión de los componentes de silicatos y aluminatos, así como su unión a partículas de arena y grava para formar una masa sólida. ^{[ 48 ]} Una conversión ilustrativa es la hidratación del silicato tricálcico:

Notación química del cemento : C₃S + H → CSH + CH + _calor  

Notación estándar: Ca₃SiO₅ + H₂O _→ CaO・SiO₂_・H₂O ₍ gel) + Ca( OH _{) ₂} + _calor             

Reacción equilibrada: 2 Ca ₃ SiO ₅ + 7 H ₂ O → 3 CaO・2 SiO ₂・4 H ₂ O (gel) + 3 Ca(OH) ₂ + calor                           

                                            (aproximadamente, ya que las proporciones exactas de CaO, SiO ₂ y H ₂ O en CSH pueden variar) ^{[ 48 ]}

La hidratación (curado) del cemento es irreversible. ^{[ 49 ]}

Los agregados finos y gruesos constituyen la mayor parte de una mezcla de hormigón. Para ello se utilizan principalmente arena , grava natural y piedra triturada . Los agregados reciclados (procedentes de residuos de construcción, demolición y excavación) se utilizan cada vez más como sustitutos parciales de los agregados naturales, si bien también se permite el uso de diversos agregados manufacturados, como la escoria de alto horno enfriada por aire y las cenizas de fondo . ^{[ 51 ]}

La distribución del tamaño del agregado determina la cantidad de aglutinante necesaria. Un agregado con una distribución de tamaño muy uniforme presenta los mayores huecos, mientras que la adición de agregado con partículas más pequeñas tiende a rellenarlos. El aglutinante debe rellenar los huecos entre los agregados, así como unir sus superficies, y suele ser el componente más caro. Por lo tanto, la variación en el tamaño del agregado reduce el costo del hormigón. ^{[ 52 ]} El agregado es casi siempre más resistente que el aglutinante, por lo que su uso no afecta negativamente la resistencia del hormigón.

La redistribución de los agregados después de la compactación suele generar falta de homogeneidad debido a la influencia de la vibración. Esto puede dar lugar a gradientes de resistencia. ^{[ 53 ]}

En ocasiones, se añaden piedras decorativas como cuarcita , pequeñas piedras de río o vidrio triturado a la superficie del hormigón para conseguir un acabado decorativo de "árido visto", muy popular entre los paisajistas.

Los aditivos son materiales en forma de polvo o fluidos que se agregan al hormigón para darle ciertas características que no se obtienen con mezclas de hormigón simple. Los aditivos se definen como adiciones "realizadas durante la preparación de la mezcla de hormigón". ^{[ 54 ]} Los aditivos más comunes son los retardadores y los aceleradores. En condiciones normales de uso, las dosis de aditivos son inferiores al 5 % en masa de cemento y se agregan al hormigón en el momento de la dosificación/mezcla. ^{[ 55 ]} (Véase §  Producción más adelante). Los tipos comunes de aditivos ^{[ 56 ]} son ​​los siguientes:

• Los aceleradores incrementan la velocidad de hidratación (endurecimiento) del hormigón. Los materiales más comunes son el cloruro de calcio , el nitrato de calcio y el nitrato de sodio . Sin embargo, el uso de cloruros puede causar corrosión en el acero de refuerzo y está prohibido en algunos países, por lo que se prefieren los nitratos, aunque son menos efectivos que los cloruros. Los aditivos aceleradores son especialmente útiles para modificar las propiedades del hormigón en climas fríos.
• Los agentes incorporadores de aire añaden y retienen pequeñas burbujas de aire en el hormigón, lo que reduce los daños durante los ciclos de congelación y descongelación , aumentando así su durabilidad . Sin embargo, la presencia de aire incorporado conlleva una desventaja en cuanto a la resistencia, ya que cada 1 % de aire puede disminuir la resistencia a la compresión en un 5 %. ^{[ 57 ]} Si se acumula demasiado aire en el hormigón como resultado del proceso de mezclado, se pueden utilizar antiespumantes para favorecer la aglomeración de las burbujas de aire, sube a la superficie del hormigón húmedo y se dispersa.
• Los agentes de unión se utilizan para crear una unión entre el hormigón antiguo y el nuevo (normalmente un tipo de polímero), con una amplia tolerancia a la temperatura y resistencia a la corrosión.
• Los inhibidores de corrosión se utilizan para minimizar la corrosión del acero y las barras de acero en el hormigón.
• Los aditivos cristalinos se suelen añadir durante la dosificación del hormigón para reducir su permeabilidad. La reacción se produce al entrar en contacto con el agua y las partículas de cemento sin hidratar, formando cristales insolubles en forma de aguja que rellenan los poros capilares y las microfisuras del hormigón, bloqueando así el paso del agua y los contaminantes transportados por ella. El hormigón con aditivos cristalinos se autosella, ya que la exposición constante al agua inicia continuamente la cristalización, garantizando una protección impermeable permanente.
• Los pigmentos pueden utilizarse para cambiar el color del hormigón con fines estéticos.
• Los plastificantes aumentan la trabajabilidad del hormigón fresco, facilitando su colocación y reduciendo el esfuerzo de compactación. Un plastificante típico es el lignosulfonato. Los plastificantes pueden utilizarse para reducir el contenido de agua del hormigón manteniendo su trabajabilidad, por lo que a veces se les denomina reductores de agua. Este tratamiento mejora su resistencia y durabilidad.
• Los superplastificantes (también llamados reductores de agua de alto rango) son una clase de plastificantes con menos efectos nocivos que permiten aumentar la trabajabilidad del hormigón en mayor medida que con los plastificantes tradicionales. Se utilizan para incrementar la resistencia a la compresión, la trabajabilidad del hormigón y la cantidad de agua necesaria, entre un 15 % y un 30 %.
• Los aditivos para el bombeo mejoran la capacidad de bombeo, espesan la pasta y reducen la separación y el sangrado.
• Los retardadores ralentizan la hidratación del hormigón y se utilizan en vertidos grandes o difíciles donde el fraguado parcial es indeseable antes de la finalización del vertido. Se utilizan ampliamente en hormigonado en climas cálidos y en aplicaciones de hormigón en masa para controlar el tiempo de fraguado y reducir el riesgo de juntas frías. Los retardadores típicos incluyen azúcar , gluconato de sodio , ácido cítrico y ácido tartárico . ^{[ 58 ] [ 59 ]}

Materiales inorgánicos que poseen propiedades puzolánicas o hidráulicas latentes; estos materiales de grano muy fino se añaden a la mezcla de hormigón para mejorar sus propiedades (aditivos minerales) ^{[ 55 ]} o como sustituto del cemento Portland (cementos mezclados) ^{[ 63 ]} . Se están probando y utilizando productos que incorporan piedra caliza , cenizas volantes , escoria de alto horno y otros materiales útiles con propiedades puzolánicas en la mezcla. Estos avances son cada vez más relevantes para minimizar los impactos causados ​​por el uso del cemento, conocido por ser uno de los mayores productores (entre un 5 y un 10%) de las emisiones globales de gases de efecto invernadero ^{[ 64 ]} . El uso de materiales alternativos también permite reducir costes, mejorar las propiedades del hormigón y reciclar residuos, siendo este último aspecto relevante para la economía circular en la industria de la construcción , cuya demanda crece constantemente con mayores impactos en la extracción de materias primas, la generación de residuos y las prácticas de vertederos .

• Ceniza volante : Subproducto de las centrales eléctricas de carbón , se utiliza para sustituir parcialmente el cemento Portland (hasta en un 60 % de su masa). Las propiedades de la ceniza volante dependen del tipo de carbón quemado. En general, la ceniza volante silícea es puzolánica , mientras que la ceniza volante calcárea posee propiedades hidráulicas latentes. ^{[ 65 ]}
• Escoria granulada de alto horno molida (GGBFS o GGBS): Un subproducto de la producción de acero que se utiliza para reemplazar parcialmente el cemento Portland (hasta en un 80% en masa). Posee propiedades hidráulicas latentes. ^{[ 66 ]}
• Humo de sílice : Subproducto de la producción de silicio y aleaciones de ferrosilicio . El humo de sílice es similar a las cenizas volantes, pero tiene un tamaño de partícula 100 veces menor. Esto resulta en una mayor relación superficie-volumen y una reacción puzolánica mucho más rápida . El humo de sílice se utiliza para aumentar la resistencia y durabilidad del hormigón, pero generalmente requiere el uso de superplastificantes para mejorar su trabajabilidad. ^{[ 67 ]}
• Metacaolín de alta reactividad (HRM): El metacaolín produce un hormigón con una resistencia y durabilidad similares a las del hormigón elaborado con humo de sílice. Mientras que el humo de sílice suele ser de color gris oscuro o negro, el metacaolín de alta reactividad suele ser de color blanco brillante, lo que lo convierte en la opción preferida para el hormigón arquitectónico, donde la apariencia es importante.
• Las nanofibras de carbono pueden añadirse al hormigón para mejorar su resistencia a la compresión y obtener un módulo de Young más elevado , así como para optimizar las propiedades eléctricas necesarias para la monitorización de la deformación, la evaluación de daños y el autocontrol del estado del hormigón. La fibra de carbono presenta numerosas ventajas en cuanto a propiedades mecánicas y eléctricas (por ejemplo, mayor resistencia) y comportamiento de autocontrol debido a su elevada resistencia a la tracción y alta conductividad eléctrica . ^{[ 68 ]}
• Se han añadido productos de carbono para hacer que el hormigón sea conductor de electricidad, con fines de deshielo. ^{[ 69 ]}
• Una nueva investigación de la Universidad de Kitakyushu en Japón demuestra que una mezcla reciclada de pañales usados, lavados y secados, puede ser una solución ambiental para reducir la cantidad de residuos en vertederos y el uso de arena en la producción de hormigón. Se construyó una vivienda modelo en Indonesia para probar la resistencia y durabilidad del nuevo compuesto de pañales y cemento. ^{[ 70 ]}

Las proporciones de la mezcla de diseño las determina un ingeniero tras analizar las propiedades de los ingredientes específicos que se van a utilizar. En lugar de usar una mezcla estándar de 1 parte de cemento, 2 partes de arena y 4 partes de agregado, un ingeniero civil diseñará una mezcla de concreto a medida para cumplir con precisión los requisitos del sitio y las condiciones, estableciendo las proporciones de los materiales y, a menudo, diseñando un paquete de aditivos para ajustar las propiedades o aumentar el rango de rendimiento de la mezcla. El concreto de diseño puede tener especificaciones muy amplias que no se pueden cumplir con mezclas estándar más básicas, pero la participación del ingeniero suele incrementar el costo de la mezcla de concreto.

Las mezclas de hormigón se dividen principalmente en mezcla nominal, mezcla estándar y mezcla de diseño.

Las proporciones de mezcla nominales se dan en volumen de${\displaystyle {\text{Cemento$ : Arena  : Agregado}}} . Las mezclas nominales son una forma sencilla y rápida de obtener una idea básica de las propiedades del hormigón terminado sin tener que realizar pruebas por adelantado.

Diversos organismos reguladores (como British Standards ) definen proporciones de mezcla nominales en varios grados, que generalmente van desde una resistencia a la compresión menor hasta una mayor. Los grados suelen indicar la resistencia al curado a los 28 días. ^{[ 72 ]}

Una mezcla minuciosa es esencial para producir un hormigón uniforme y de alta calidad.

La mezcla de pasta por separado ha demostrado que mezclar cemento y agua en una pasta antes de combinar estos materiales con los agregados puede aumentar la resistencia a la compresión del hormigón resultante. ^{[ 73 ]} La pasta generalmente se mezcla en una mezcladora de cizallamiento de alta velocidad con una relación agua/cemento ( a/c ) de 0,30 a 0,45 en masa. La premezcla de pasta de cemento puede incluir aditivos como aceleradores o retardadores, superplastificantes , pigmentos o humo de sílice . La pasta premezclada se mezcla luego con los agregados y el agua restante de la mezcla, y la mezcla final se completa en un equipo convencional de mezcla de hormigón. ^{[ 74 ]}

También se ha comprobado que la mezcla acústica resonante es eficaz para producir materiales cementicios de ultra alto rendimiento, ya que produce una matriz densa con baja porosidad. ^{[ 75 ]}

La trabajabilidad es la capacidad de una mezcla de concreto fresco (plástico) para llenar el molde adecuadamente con el trabajo deseado (vertido, bombeo, extendido, compactación, vibración) y sin reducir la calidad del concreto. La trabajabilidad depende del contenido de agua, el agregado (forma y distribución del tamaño), el contenido de cemento y la edad (nivel de hidratación ) y puede modificarse mediante la adición de aditivos químicos, como el superplastificante. Aumentar el contenido de agua o agregar aditivos químicos incrementa la trabajabilidad del concreto. El exceso de agua produce un aumento de la exudación o segregación de los agregados (cuando el cemento y los agregados comienzan a separarse), lo que resulta en un concreto de menor calidad. Los cambios en la granulometría también pueden afectar la trabajabilidad del concreto, aunque se puede utilizar una amplia gama de granulometrías para diversas aplicaciones. ^{[ 76 ] [ 77 ]} Una granulometría indeseable puede significar usar un agregado grande que sea demasiado grande para el tamaño del encofrado, o que tenga muy pocos agregados de menor granulometría para rellenar los huecos entre los agregados más grandes, o usar muy poca o demasiada arena por la misma razón, o usar muy poca agua, o demasiado cemento, o incluso usar piedra triturada irregular en lugar de un agregado redondo más liso como los guijarros. Cualquier combinación de estos factores y otros puede resultar en una mezcla demasiado dura, es decir, que no fluya ni se extienda uniformemente, que sea difícil de introducir en el encofrado y que sea difícil de acabar superficialmente. ^{[ 78 ]}

La trabajabilidad se puede medir mediante el ensayo de asentamiento del hormigón , una medida simple de la plasticidad de una mezcla fresca de hormigón según las normas de ensayo ASTM C 143 o EN 12350-2. El asentamiento se mide normalmente llenando un " cono de Abrams " con una muestra de una mezcla fresca de hormigón. El cono se coloca con el extremo ancho hacia abajo sobre una superficie nivelada y no absorbente. Luego se llena en tres capas de igual volumen, compactando cada capa con una varilla de acero para consolidarla. Cuando se levanta cuidadosamente el cono, el material contenido se asienta una cierta cantidad debido a la gravedad. Una muestra relativamente seca se asienta muy poco, con un valor de asentamiento de una a dos pulgadas (25 a 51 mm) por pie (300 mm) . Una muestra de hormigón relativamente húmeda puede asentarse hasta ocho pulgadas (200 mm) . La trabajabilidad también se puede medir mediante el ensayo de mesa de flujo .   

El asentamiento puede incrementarse mediante la adición de aditivos químicos como plastificantes o superplastificantes sin cambiar la relación agua-cemento . ^{[ 79 ]} Algunos otros aditivos, especialmente los aditivos incorporadores de aire, pueden aumentar el asentamiento de una mezcla.

El hormigón de alta fluidez, como el hormigón autocompactante , se prueba mediante otros métodos de medición de flujo. Uno de estos métodos consiste en colocar el cono por el extremo más estrecho y observar cómo fluye la mezcla a través del cono mientras se levanta gradualmente.

Tras la mezcla, el hormigón se convierte en un fluido que puede bombearse hasta el lugar donde se necesite.

El hormigón asfáltico (comúnmente llamado asfalto , ^{[ 84 ]} asfalto negro o pavimento en Norteamérica, y alquitrán , macadán bituminoso o asfalto laminado en el Reino Unido e Irlanda ) es un material compuesto que se utiliza habitualmente para pavimentar carreteras , aparcamientos , aeropuertos , así como el núcleo de presas de terraplén . ^{[ 85 ]} Las mezclas asfálticas se han utilizado en la construcción de pavimentos desde principios del siglo XX. ^{[ 86 ]} Consiste en agregados minerales unidos con asfalto , colocados en capas y compactados. El proceso fue perfeccionado y mejorado por el inventor belga e inmigrante estadounidense Edward De Smedt . ^{[ 87 ]}

Los términos hormigón asfáltico , hormigón asfáltico bituminoso y mezcla bituminosa se utilizan generalmente solo en documentos de ingeniería y construcción, que definen el hormigón como cualquier material compuesto formado por agregados minerales unidos a un ligante. La abreviatura AC se usa a veces para el hormigón asfáltico , pero también puede denotar contenido de asfalto, hormigón aireado o cemento asfáltico , en referencia a la porción de asfalto líquido del material compuesto.

El hormigón geopolimérico es un hormigón fabricado con cemento geopolimérico compuesto de aluminosilicatos que reaccionan con un aglutinante ácido o alcalino. ^{[ 88 ]} Cabe destacar que esto evita el uso de cal, cuya producción es una importante fuente de contaminación por CO2.

Los hormigones reforzados con grafeno son diseños estándar de mezclas de hormigón, excepto que durante el proceso de mezcla o producción del cemento, se agrega una pequeña cantidad de grafeno químicamente modificado (normalmente < 0,5 % en peso) . ^{[ 89 ] [ 90 ]} Estos hormigones reforzados con grafeno están diseñados en función de la aplicación del hormigón.

Bacterias como Bacillus pasteurii , Bacillus pseudofirmus , Bacillus cohnii , Sporosarcina pasteuri y Arthrobacter crystallopoietes aumentan la resistencia a la compresión del hormigón a través de su biomasa. Bacillus sp. CT-5 puede reducir la corrosión del refuerzo en el hormigón armado hasta cuatro veces. Sporosarcina pasteurii reduce la permeabilidad al agua y al cloruro. B. pasteurii aumenta la resistencia al ácido. ^{[ 91 ]} Bacillus pasteurii y B. sphaericus pueden inducir la precipitación de carbonato de calcio en la superficie de las grietas, aumentando la resistencia a la compresión. ^{[ 92 ]} Sin embargo, algunas formas de bacterias también pueden destruir el hormigón. ^{[ 93 ]}

El nanoconcreto (también escrito "nano concrete" o "nano-concreto") es una clase de materiales que contiene partículas de cemento Portland de no más de 100 μm ^{[ 94 ]} y partículas de sílice de no más de 500 μm, que rellenan los huecos que se producirían en el hormigón normal, aumentando así sustancialmente la resistencia del material. ^{[ 95 ]} Se utiliza ampliamente en puentes peatonales y de carreteras donde se requiere una alta resistencia a la flexión y a la compresión. ^{[ 92 ]}

El hormigón permeable es una mezcla de áridos gruesos especialmente seleccionados, cemento, agua y muy pocos o ningún árido fino. Este hormigón también se conoce como hormigón "sin finos" u hormigón poroso. La mezcla de los ingredientes en un proceso cuidadosamente controlado crea una pasta que recubre y une las partículas de árido. El hormigón endurecido contiene huecos de aire interconectados que representan aproximadamente entre el 15 y el 25 por ciento. El agua fluye a través de los huecos del pavimento hacia el suelo subyacente. Los aditivos incorporadores de aire se utilizan a menudo en climas con ciclos de congelación y descongelación para minimizar la posibilidad de daños por heladas. El hormigón permeable también permite que el agua de lluvia se filtre a través de carreteras y aparcamientos, recargando los acuíferos, en lugar de contribuir a la escorrentía y las inundaciones. ^{[ 96 ]}

Los hormigones poliméricos son mezclas de áridos y diversos polímeros, y pueden reforzarse. Si bien el cemento es más costoso que el cemento a base de cal, los hormigones poliméricos presentan ventajas: poseen una resistencia a la tracción considerable incluso sin refuerzo y son prácticamente impermeables al agua. Se utilizan con frecuencia para la reparación y construcción de otras aplicaciones, como desagües.

Las fibras y partículas vegetales pueden utilizarse en una mezcla de hormigón o como refuerzo. ^{[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ]} Estos materiales pueden aumentar la ductilidad, pero las partículas lignocelulósicas se hidrolizan durante el curado del hormigón como resultado del ambiente alcalino y las temperaturas elevadas. ^{[ 101 ] [ 102 ] [ 103 ]} Este proceso, que es difícil de medir, ^{[ 104 ]} puede afectar las propiedades del hormigón resultante.

El hormigón de azufre es un hormigón especial que utiliza azufre como aglutinante y no requiere cemento ni agua. ^{[ 105 ]}

El hormigón volcánico sustituye la piedra caliza que se quema para formar el clínker por roca volcánica. Consume una cantidad de energía similar, pero no emite carbono directamente como subproducto. ^{[ 106 ]} La roca/ceniza volcánica se utiliza como material cementante suplementario en el hormigón para mejorar la resistencia a la reacción de sulfato, cloruro y sílice alcalina debido al refinamiento de los poros. ^{[ 107 ]} Además, generalmente son rentables en comparación con otros agregados, ^{[ 108 ]} son ​​buenos para hormigones semi- y ligeros, ^{[ 108 ]} y buenos para el aislamiento térmico y acústico. ^{[ 108 ]}

Los materiales piroclásticos, como la piedra pómez, la escoria y las cenizas, se forman a partir del magma enfriado durante las erupciones volcánicas explosivas. Se utilizan como materiales cementantes suplementarios o como agregados para cementos y hormigones. ^{[ 109 ]} Se han utilizado ampliamente desde la antigüedad para producir materiales para aplicaciones de construcción. Por ejemplo, la piedra pómez y otros vidrios volcánicos se añadieron como material puzolánico natural a morteros y enlucidos durante la construcción de la Villa San Marco en el período romano (89 a. C. - 79 d. C.), que sigue siendo una de las villas de ocio mejor conservadas de la bahía de Nápoles en Italia. ^{[ 110 ]}

El hormigón ligero reciclado es un tipo de hormigón modificado con polímeros . El aditivo polimérico específico permite sustituir todos los áridos tradicionales (grava, arena, piedra) por cualquier mezcla de residuos sólidos con un tamaño de grano de 3 a 10  mm para obtener un producto de baja resistencia a la compresión (3-20  N/mm² ⁾ [ ^{111 ] para} la construcción de carreteras y edificios. Un metro cúbico de hormigón ligero reciclado contiene entre 1,1 y 1,3 ^m³  de residuos triturados y ningún otro árido.

Los hormigones con áridos reciclados son mezclas de hormigón estándar a las que se les añaden o sustituyen los áridos naturales por áridos reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición, hormigón prefabricado en desuso o mampostería. En la mayoría de los casos, el hormigón con áridos reciclados presenta mayores niveles de absorción de agua por capilaridad y permeación, factores determinantes de la resistencia y durabilidad del hormigón resultante. Este aumento en la absorción de agua se debe principalmente al mortero poroso adherido a los áridos reciclados. Por consiguiente, los áridos de hormigón reciclado que han sido lavados para reducir la cantidad de mortero adherido presentan menores niveles de absorción de agua en comparación con los áridos reciclados sin tratar.

La calidad del hormigón con áridos reciclados depende de varios factores, como el tamaño, el número de ciclos de sustitución y el nivel de humedad de los áridos. Al triturar los áridos reciclados en partículas más gruesas, el hormigón resultante presenta una mayor permeabilidad, lo que se traduce en un aumento de la resistencia. Por el contrario, los áridos de mampostería reciclados ofrecen mejores propiedades al triturarse en partículas más finas. Con cada generación de hormigón reciclado, la resistencia a la compresión disminuye.

El cemento producido para hacer hormigón representa aproximadamente el 8% de las emisiones mundiales _{de CO₂} por año (en comparación con, por ejemplo , la aviación mundial con un 1,9%). ^{[ 117 ]} Las dos mayores fuentes de CO₂ se producen en el proceso de fabricación de cemento, derivadas de (1) la reacción de descarbonatación de la piedra caliza en el horno de cemento (T ≈ 950 °C), y (2) de la combustión de combustible fósil para alcanzar la temperatura de sinterización (T ≈ 1450 °C) del clínker de cemento en el horno. La energía requerida para extraer, triturar y mezclar las materias primas ( áridos de construcción utilizados en la producción de hormigón, y también la piedra caliza y la arcilla que alimentan el horno de cemento ) es menor. El requerimiento energético para el transporte de hormigón premezclado también es menor porque se produce cerca del sitio de construcción a partir de recursos locales, generalmente fabricados dentro de los 100 kilómetros del sitio de trabajo. ^{[ 118 ]} La energía incorporada total del hormigón, de aproximadamente 1 a 1,5 megajulios por kilogramo, es, por lo tanto, menor que la de muchos materiales estructurales y de construcción. ^{[ 119 ]}  

Una vez colocado, el hormigón ofrece una gran eficiencia energética durante la vida útil de un edificio. ^{[ 120 ]} Las paredes de hormigón filtran aire mucho menos que las hechas de marcos de madera. ^{[ 121 ]} La filtración de aire representa un gran porcentaje de la pérdida de energía de una vivienda. Las propiedades de masa térmica del hormigón aumentan la eficiencia tanto de edificios residenciales como comerciales. Al almacenar y liberar la energía necesaria para la calefacción o la refrigeración, la masa térmica del hormigón proporciona beneficios durante todo el año al reducir las fluctuaciones de temperatura en el interior y minimizar los costos de calefacción y refrigeración. ^{[ 122 ]} Mientras que el aislamiento reduce la pérdida de energía a través de la envolvente del edificio, la masa térmica utiliza las paredes para almacenar y liberar energía. Los sistemas modernos de paredes de hormigón utilizan tanto el aislamiento externo como la masa térmica para crear un edificio energéticamente eficiente. Los encofrados de hormigón aislante (ICF) son bloques o paneles huecos hechos de espuma aislante o rastra que se apilan para formar la forma de las paredes de un edificio y luego se rellenan con hormigón armado para crear la estructura.

Los edificios de hormigón son más resistentes al fuego que los construidos con estructuras de acero. Esto se debe a que el hormigón tiene menor conductividad térmica que el acero y, por lo tanto, puede resistir más tiempo en las mismas condiciones de incendio. En ocasiones, el hormigón se utiliza como protección contra incendios para estructuras de acero, con el mismo efecto. El hormigón como barrera contra incendios, por ejemplo, Fondu fyre , también puede utilizarse en entornos extremos, como una plataforma de lanzamiento de misiles.

Las opciones para la construcción no combustible incluyen pisos, techos y cubiertas de hormigón vertido in situ y hormigón prefabricado alveolar. Para los muros, la tecnología de mampostería de hormigón y los encofrados aislantes de hormigón (ICF, por sus siglas en inglés) son opciones adicionales. Los ICF son bloques o paneles huecos hechos de espuma aislante ignífuga que se apilan para formar la estructura de los muros de un edificio y luego se rellenan con hormigón armado para crear la estructura.

El hormigón también ofrece una buena resistencia a fuerzas externas como vientos fuertes, huracanes y tornados gracias a su rigidez lateral, que minimiza el movimiento horizontal. Sin embargo, esta rigidez puede ser contraproducente para ciertos tipos de estructuras de hormigón, especialmente cuando se requiere una mayor flexibilidad para resistir fuerzas más extremas.

Como se mencionó anteriormente, el hormigón es muy resistente a la compresión, pero débil a la tracción. Los terremotos de mayor magnitud pueden generar cargas cortantes muy grandes en las estructuras. Estas cargas cortantes someten a la estructura a cargas tanto de tracción como de compresión. Las estructuras de hormigón sin refuerzo, al igual que otras estructuras de mampostería sin refuerzo, pueden fallar durante un sismo severo. Las estructuras de mampostería sin refuerzo constituyen uno de los mayores riesgos sísmicos a nivel mundial. ^{[ 123 ]} Estos riesgos pueden reducirse mediante el reforzamiento sísmico de edificios en riesgo (por ejemplo, edificios escolares en Estambul, Turquía). ^{[ 124 ]}

El uso de refuerzo, en forma de hierro, fue introducido en la década de 1850 por el industrial francés François Coignet , y no fue hasta la década de 1880 que el ingeniero civil alemán G. A. Wayss utilizó acero como refuerzo. El hormigón es un material relativamente frágil, resistente a la compresión pero menos a la tracción. El hormigón sin refuerzo no es adecuado para muchas estructuras, ya que tiene una baja resistencia a las tensiones inducidas por vibraciones, cargas de viento, etc. Por lo tanto, para aumentar su resistencia general, se pueden incrustar varillas, alambres, mallas o cables de acero en el hormigón antes de su fraguado. Este refuerzo, a menudo conocido como barra de refuerzo, resiste las fuerzas de tracción. ^{[ 129 ]}

El hormigón armado (HA) es un material compuesto versátil y uno de los más utilizados en la construcción moderna. Está formado por diferentes materiales constituyentes con propiedades muy distintas que se complementan entre sí. En el caso del hormigón armado, los materiales componentes son casi siempre hormigón y acero. Estos dos materiales forman una fuerte unión y son capaces de resistir diversas fuerzas aplicadas, actuando eficazmente como un único elemento estructural. ^{[ 130 ]}

El hormigón armado puede ser prefabricado o vertido in situ, y se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, como la construcción de losas, muros, vigas, columnas, cimentaciones y pórticos. El refuerzo se coloca generalmente en las zonas del hormigón que probablemente estén sometidas a tracción, como la parte inferior de las vigas. Normalmente, se aplica un  recubrimiento mínimo de 50 mm, tanto por encima como por debajo del refuerzo de acero, para resistir el desconchamiento y la corrosión que pueden provocar inestabilidad estructural. ^{[ 129 ]} Otros tipos de refuerzo sin acero, como los hormigones reforzados con fibras, se utilizan para aplicaciones especializadas, principalmente como medio para controlar el agrietamiento. ^{[ 130 ]}

El hormigón prefabricado es hormigón que se moldea en un lugar para su uso en otro y es un material transportable. La mayor parte de la producción de prefabricados se lleva a cabo en las instalaciones de proveedores especializados, aunque en algunos casos, debido a factores económicos y geográficos, la escala del producto o la dificultad de acceso, los elementos se moldean en la obra o en sus inmediaciones. ^{[ 131 ]} El prefabricado ofrece ventajas considerables porque se realiza en un entorno controlado, protegido de las inclemencias del tiempo, pero la desventaja es la contribución a las emisiones de gases de efecto invernadero derivadas del transporte a la obra. ^{[ 130 ]}

Ventajas que se pueden obtener al emplear hormigón prefabricado: ^{[ 131 ]}

• Existen esquemas de dimensiones preferidas, con elementos de diseños probados y contrastados disponibles en un catálogo.
• Se consiguen importantes ahorros de tiempo al fabricar los elementos estructurales al margen de la serie de eventos que determinan la duración total de la construcción, lo que los ingenieros de planificación conocen como la "ruta crítica".
• Disponibilidad de instalaciones de laboratorio capaces de realizar las pruebas de control requeridas, muchas de ellas certificadas para realizar pruebas específicas de acuerdo con las normas nacionales.
• Equipos con capacidad adaptada a tipos específicos de producción, como bancadas de prensado con la capacidad adecuada, moldes y maquinaria dedicada a productos concretos.
• Los acabados de alta calidad, obtenidos directamente del molde, eliminan la necesidad de decoración interior y garantizan bajos costes de mantenimiento.

Debido a la reacción química exotérmica del cemento durante el fraguado, las grandes estructuras de hormigón, como presas , esclusas de navegación , grandes cimentaciones de losa y grandes rompeolas , generan un calor excesivo durante la hidratación y la expansión asociada. Para mitigar estos efectos, se suele aplicar un enfriamiento posterior ^{[ 132 ]} durante la construcción. Un ejemplo temprano en la presa Hoover utilizó una red de tuberías entre las coladas verticales de hormigón para hacer circular agua de refrigeración durante el proceso de curado y evitar así el sobrecalentamiento perjudicial. Se siguen utilizando sistemas similares; dependiendo del volumen del vertido, la mezcla de hormigón utilizada y la temperatura ambiente, el proceso de enfriamiento puede durar muchos meses después de la colocación del hormigón. También se utilizan diversos métodos para preenfriar la mezcla de hormigón en estructuras de hormigón en masa. ^{[ 132 ]}

Otro método para estructuras de hormigón en masa que minimiza los subproductos térmicos del cemento es el uso de hormigón compactado con rodillo , que emplea una mezcla seca con un requerimiento de enfriamiento mucho menor que el del hormigón húmedo convencional. Se deposita en capas gruesas como material semiseco y luego se compacta con rodillo hasta formar una masa densa y resistente.

Las superficies de hormigón visto suelen ser porosas y tener un aspecto poco atractivo. Se pueden aplicar diversos acabados para mejorar su apariencia y proteger la superficie contra manchas, filtraciones de agua y congelación.

Entre los ejemplos de acabados mejorados se encuentra el hormigón estampado, donde el hormigón húmedo presenta un patrón impreso en la superficie para lograr un efecto de pavimento, adoquines o ladrillos, y que puede ir acompañado de coloración. Otro efecto popular para suelos y encimeras es el hormigón pulido, donde el hormigón se pule hasta obtener una superficie plana con abrasivos de diamante y se sella con polímeros u otros selladores.

Se pueden conseguir otros acabados mediante el cincelado o con técnicas más convencionales como la pintura o el recubrimiento con otros materiales.

El tratamiento adecuado de la superficie del hormigón, y por lo tanto de sus características, es una etapa importante en la construcción y renovación de estructuras arquitectónicas. ^{[ 133 ]}

El hormigón pretensado es un tipo de hormigón armado que incorpora tensiones de compresión durante la construcción para contrarrestar las tensiones de tracción que se producen durante su uso. Esto puede reducir considerablemente el peso de vigas o losas, al distribuir mejor las tensiones en la estructura y optimizar el uso del refuerzo. Por ejemplo, una viga horizontal tiende a combarse. El refuerzo pretensado en la parte inferior de la viga contrarresta este efecto. En el hormigón pretensado, el pretensado se logra mediante tendones o barras de acero o polímero que se someten a una fuerza de tracción antes del vertido, o, en el caso del hormigón postensado, después del vertido.

Se están utilizando dos sistemas diferentes: ^{[ 130 ]}

• El hormigón pretensado casi siempre es prefabricado y contiene cables de acero (tendones) que se mantienen en tensión mientras el hormigón se vierte y fragua a su alrededor.
• El hormigón pretensado lleva conductos internos. Una vez que el hormigón ha alcanzado la resistencia necesaria, se pasan tendones a través de los conductos y se tensan. Posteriormente, los conductos se rellenan con mortero. Los puentes construidos de esta manera han sufrido una corrosión considerable de los tendones, por lo que ahora se puede utilizar el pretensado externo, en el que los tendones discurren a lo largo de la superficie exterior del hormigón.

Más de 89 000 km (55 000 millas ) de carreteras en Estados Unidos están pavimentadas con este material. El hormigón armado , el hormigón pretensado y el hormigón prefabricado son los tipos de hormigón más utilizados en la actualidad para ampliaciones funcionales. Para más información, consulte Arquitectura brutalista . 

Una vez mezclado, el hormigón se transporta normalmente al lugar donde se utilizará como elemento estructural. Se emplean diversos métodos de transporte y colocación según las distancias, la cantidad necesaria y otros detalles de la aplicación. Las grandes cantidades suelen transportarse en camión, verterse por gravedad o mediante un tubo tremie , o bombearse a través de una tubería. Las cantidades menores pueden transportarse en un contenedor (un recipiente metálico que se puede inclinar o abrir para vaciar su contenido, generalmente transportado con grúa o polipasto), en una carretilla o en sacos basculantes para su colocación manual bajo el agua.

Ubicación en clima frío

Las condiciones climáticas extremas (calor o frío extremos, viento y variaciones de humedad) pueden alterar significativamente la calidad del hormigón. Se observan muchas precauciones en la colocación en clima frío. ^{[ 134 ]} Las bajas temperaturas ralentizan significativamente las reacciones químicas involucradas en la hidratación del cemento, afectando así el desarrollo de la resistencia. Evitar la congelación es la precaución más importante, ya que la formación de cristales de hielo puede dañar la estructura cristalina de la pasta de cemento hidratada. Si la superficie del vertido de hormigón está aislada de las temperaturas exteriores, el calor de hidratación evitará la congelación.

La definición del Instituto Americano del Concreto (ACI) sobre la colocación en clima frío, ACI 306, ^{[ 135 ]} es:

• Un período en el que durante más de tres días consecutivos la temperatura media diaria del aire desciende por debajo de 40  °F (~ 4,5  °C), y
• La temperatura se mantiene por debajo de 50 °F (10 °C) durante más de la mitad de cualquier período de 24 horas.  

En Canadá , donde las temperaturas tienden a ser mucho más bajas durante la temporada fría, la norma CSA A23.1 utiliza los siguientes criterios :

• Cuando la temperatura del aire es ≤ 5  °C, y
• Cuando existe la probabilidad de que la temperatura descienda por debajo de 5  °C dentro de las 24 horas posteriores al vertido del hormigón.

La resistencia mínima antes de exponer el hormigón a frío extremo es de 500 psi (3,4 MPa) . La norma CSA A 23.1 especifica una resistencia a la compresión de 7,0 MPa para que se considere seguro ante la exposición a la congelación.   

Colocación subacuática

El hormigón puede colocarse y curarse bajo el agua. Se debe tener cuidado con el método de colocación para evitar la erosión del cemento. Los métodos de colocación bajo el agua incluyen el tubo tremie , el bombeo, la colocación con canaleta, la colocación manual con sacos de palanca y el trabajo con sacos. ^{[ 136 ]}

Un tubo tremie es una tubería vertical, o casi vertical, con una tolva en la parte superior que se utiliza para verter hormigón bajo el agua de manera que se evite el lavado del cemento de la mezcla debido al contacto turbulento del agua con el hormigón mientras fluye. Esto produce una resistencia más fiable del producto.El método de la bolsa de cierre hermético se utiliza generalmente para colocar pequeñas cantidades y para reparaciones. El hormigón húmedo se carga en una bolsa de lona reutilizable y el buzo lo expulsa en el lugar deseado. Se debe tener cuidado para evitar que el cemento y los finos se dispersen.

El vertido subacuático de hormigón consiste en la colocación manual, por parte de buzos, de sacos de tela tejida que contienen la mezcla seca. Posteriormente, se perforan los sacos con varillas de acero para unirlos cada dos o tres capas y crear un camino para la hidratación que induce el curado, el cual suele tardar entre 6 y 12 horas para el endurecimiento inicial y el endurecimiento completo al día siguiente. El hormigón vertido en sacos generalmente alcanza su resistencia máxima en 28 días. Cada saco debe perforarse con al menos una varilla, y preferiblemente hasta cuatro. El vertido en sacos es un método sencillo y práctico para la colocación de hormigón subacuático que no requiere bombas, maquinaria ni encofrados, y que minimiza los efectos ambientales derivados de la dispersión del cemento en el agua. Existen sacos prellenados, sellados para evitar la hidratación prematura si se almacenan en condiciones secas adecuadas. Los sacos pueden ser biodegradables. ^{[ 137 ]}

El agregado inyectado es un método alternativo para formar una masa de hormigón bajo el agua, donde los moldes se llenan con agregado grueso y luego los huecos se rellenan completamente desde el fondo desplazando el agua con lechada bombeada . ^{[ 136 ]}

Las carreteras de hormigón son más eficientes en el consumo de combustible, ^{[ 138 ]} son ​​más reflectantes y duran significativamente más que otras superficies de pavimentación, pero tienen una cuota de mercado mucho menor que otras soluciones de pavimentación. Los métodos y prácticas de diseño modernos de pavimentación han cambiado la economía de la pavimentación de hormigón, de modo que un pavimento de hormigón bien diseñado y colocado será menos costoso en los costos iniciales y significativamente menos costoso a lo largo de su ciclo de vida. Otro beneficio importante es que se puede utilizar hormigón permeable , lo que elimina la necesidad de colocar desagües pluviales cerca de la carretera y reduce la necesidad de una calzada ligeramente inclinada para ayudar a que el agua de lluvia escurra. Ya no se requiere desechar el agua de lluvia mediante el uso de desagües también significa que se necesita menos electricidad (de lo contrario se necesita más bombeo en el sistema de distribución de agua), y el agua de lluvia no se contamina ya que ya no se mezcla con agua contaminada. En cambio, es absorbida inmediatamente por el suelo.

El cemento moldeado en una estructura tubular puede ser 5,6 veces más resistente al agrietamiento/fallo que el hormigón estándar. Este método imita el hueso cortical de los mamíferos, que presenta osteonas huecas elípticas suspendidas en una matriz orgánica, conectadas por "líneas de cemento" relativamente débiles. Estas líneas de cemento proporcionan una trayectoria preferencial para la propagación de grietas en el plano. Este diseño falla mediante un "mecanismo de endurecimiento gradual". Las grietas se contienen dentro del tubo, reduciendo su propagación, al disipar energía en cada tubo/escalón. ^{[ 139 ]}

El fresado de hormigón puede generar polvo peligroso . La exposición al polvo de cemento puede provocar problemas como silicosis , enfermedad renal, irritación cutánea y otros efectos similares. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. recomienda instalar cubiertas de ventilación de extracción localizada en las fresadoras eléctricas de hormigón para controlar la dispersión de este polvo. ^{[ 140 ]}

Además, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha impuesto regulaciones más estrictas a las empresas cuyos trabajadores entran regularmente en contacto con polvo de sílice. Una norma actualizada sobre sílice, que la OSHA puso en vigor el 23 de septiembre de 2017 para las empresas de construcción, restringió la cantidad de sílice cristalina respirable con la que los trabajadores podían entrar legalmente en contacto a 50 microgramos por metro cúbico de aire por jornada laboral de 8 horas. ^{[ 141 ]} Esa misma norma entró en vigor el 23 de junio de 2018 para la industria en general, la fracturación hidráulica y el sector marítimo. Ese plazo se extendió hasta el 23 de junio de 2021 para los controles de ingeniería en la industria de la fracturación hidráulica.

Las empresas que no cumplan con las normas de seguridad más estrictas pueden enfrentarse a cargos financieros y multas cuantiosas. La presencia de algunas sustancias en el hormigón, incluidos aditivos útiles e indeseables, puede causar problemas de salud debido a su toxicidad y radiactividad. El hormigón fresco (antes de que se complete el curado) es altamente alcalino y debe manipularse con el equipo de protección adecuado. ^{[ 142 ]}

Un componente principal del hormigón es el cemento , un polvo fino que se utiliza principalmente para unir la arena y los áridos más gruesos. Aunque existen diversos tipos de cemento, el más común es el cemento Portland , que se produce mezclando clínker con pequeñas cantidades de otros aditivos como yeso y caliza molida. La producción de clínker, el principal componente del cemento, es responsable de la mayor parte de las emisiones de gases de efecto invernadero del sector, incluyendo tanto la intensidad energética como las emisiones del proceso. ^{[ 143 ]}

La industria cementera es uno de los tres principales productores de dióxido de carbono, un importante gas de efecto invernadero; los otros dos son la producción de energía y las industrias del transporte. En promedio, cada tonelada de cemento producida libera una tonelada de CO₂ _a la atmósfera. Los fabricantes de cemento pioneros han afirmado alcanzar intensidades de carbono más bajas, con 590  kg de CO₂ _eq por tonelada de cemento producida. ^{[ 144 ]} Las emisiones se deben a los procesos de combustión y calcinación, ^{[ 145 ]} que representan aproximadamente el 40 % y el 60 % de los gases de efecto invernadero, respectivamente. Considerando que el cemento es solo una fracción de los componentes del hormigón, se estima que una tonelada de hormigón es responsable de emitir alrededor de 100–200  kg de CO₂ _. [ ^{146 ] [ 147 ] Cada} año se utilizan más de 10 mil millones de toneladas de hormigón en todo el mundo. ^{[ 147 ]} En los próximos años, se seguirán utilizando grandes cantidades de hormigón, y la mitigación de las emisiones de CO ₂ del sector será aún más crítica.

El hormigón se utiliza para crear superficies duras que contribuyen a la escorrentía superficial , lo que puede provocar una fuerte erosión del suelo, contaminación del agua e inundaciones; sin embargo, también puede utilizarse para desviar, represar y controlar las inundaciones. El polvo de hormigón liberado por la demolición de edificios y los desastres naturales puede ser una fuente importante de contaminación atmosférica peligrosa . El hormigón contribuye al efecto isla de calor urbano , aunque en menor medida que el asfalto .

La reducción del contenido de clínker de cemento podría tener efectos positivos en la evaluación del ciclo de vida ambiental del hormigón. Ya se han realizado algunas investigaciones sobre la reducción del contenido de clínker de cemento en el hormigón. Sin embargo, existen diferentes estrategias de investigación. A menudo se ha investigado la sustitución de parte del clínker por grandes cantidades de escoria o ceniza volante, basándose en la tecnología convencional del hormigón. Esto podría generar un desperdicio de materias primas escasas como la escoria y la ceniza volante. El objetivo de otras actividades de investigación es el uso eficiente del cemento y materiales reactivos como la escoria y la ceniza volante en el hormigón, basándose en un enfoque de diseño de mezcla modificado. ^{[ 148 ]}

El carbono incorporado de una fachada de hormigón prefabricado puede reducirse en un 50 % al utilizar el hormigón de alto rendimiento reforzado con fibras presentado en lugar del revestimiento típico de hormigón armado. ^{[ 149 ]} Se han realizado estudios sobre la comercialización de hormigones de bajo carbono. Se investigó la evaluación del ciclo de vida (ACV) del hormigón de bajo carbono según las proporciones de sustitución de escoria granulada de alto horno molida (GGBS) y ceniza volante (FA). El potencial de calentamiento global (PCG) de la GGBS disminuyó en 1,1  kg CO₂ _eq /m³ ^, mientras que la FA disminuyó en 17,3  kg CO₂ _eq /m³ ^cuando la proporción de sustitución del aditivo mineral aumentó en un 10 %. Este estudio también comparó las propiedades de resistencia a la compresión del hormigón binario de bajo carbono según las proporciones de sustitución, y se derivó el rango aplicable de proporciones de mezcla. ^{[ 150 ]}

Los materiales de construcción de alto rendimiento serán particularmente importantes para mejorar la resiliencia, incluso para las defensas contra inundaciones y la protección de infraestructuras críticas. ^{[ 151 ]} Los riesgos para las infraestructuras y las ciudades que plantean los fenómenos meteorológicos extremos son especialmente graves para aquellos lugares expuestos a daños por inundaciones y huracanes, pero también donde los residentes necesitan protección contra las temperaturas extremas del verano. El hormigón tradicional puede sufrir tensiones cuando se expone a la humedad y a concentraciones más altas de CO₂ atmosférico _. Si bien es probable que el hormigón siga siendo importante en aplicaciones donde el entorno es desafiante, también se necesitan materiales novedosos, más inteligentes y más adaptables. ^{[ 147 ] [ 152 ]}

Se han planteado inquietudes sobre el reciclaje de hormigón pintado debido a su posible contenido de plomo. Los estudios han indicado que el hormigón reciclado presenta menor resistencia y durabilidad en comparación con el hormigón producido con áridos naturales. ^{[ 157 ] [ 158 ] [ 159 ] [ 160 ]} Esta deficiencia puede solucionarse incorporando materiales suplementarios como cenizas volantes a la mezcla. ^{[ 161 ]}

Recygenie ha construido un complejo de viviendas de 220 unidades con hormigón 100% reciclado, reforzando el hormigón mediante la adición de arena reciclada, escoria de acero y otros subproductos. ^{[ 162 ]}