Mejorando el concreto

Las nuevas tecnologías están basadas en aditivos compuestos de carboxilato que aportan grandes parámetros de rendimiento en lo que respecta a una elevada fluidez, tiempo de trabajabilidad prolongado, valor de la relación agua/cemento reducido, elevados valores de resistencia y durabilidad en el concreto endurecido.

Un comportamiento mejorado del rendimiento debe acarrear una mayor sensibilización de las condiciones de aplicación y los materiales, ya que en la industria de la construcción aumenta la variabilidad de las propiedades del material debido a unas tasas de reciclaje en continuo crecimiento. Por eso, la solidez de los aditivos de concreto se considera un tema trascendente ya que el rendimiento de los fluidificantes depende en gran medida del elemento con el que reaccionan. Para la compatibilidad entre el cemento y el fluidificante, parece que la existencia de iones de sulfato y la reactividad C3A son los parámetros más importantes con respecto a la fluidez inicial y a la pérdida de fluidez de cada uno de los cementos. No obstante, el tipo y concentración de las materias solubles en el cemento, que se disuelven al poco tiempo de entrar en contacto con los fluidificantes que contiene el agua, son importantes ya que determinan el entorno en el que transcurren las primeras fases de la hidratación del cemento además de que influyen en la velocidad de reacción y en la morfología de los productos que se crean y con ello también en las propiedades del concreto.

Las adiciones de cemento, que cada vez más a menudo se encuentran en los prefabricados de concreto y en el concreto, también pueden complicar la interacción con los aditivos de concreto. En la matriz de complejas interacciones entre las adiciones de concreto, la nanotecnología, con sus enormes posibilidades en el campo de la analítica desempeñan un papel importante. La comprensión de la absorción y adaptación molecular de los fluidificantes de polímeros a los materiales cementicios a escala molecular, así como su correlación con el macro rendimiento en el concreto, son importantes para el diseño y optimización de las características del rendimiento de las moléculas de los fluidificantes.

Complejas técnicas de análisis han originado grandes cambios en la tecnología de los aditivos de concreto. Sólo así ha sido posible crear productos químicos o polímeros con grupos funcionales para factores de rendimiento determinados. Ahora se forman polímeros para controlar la capacidad de absorción de las partículas de cemento para la eficiencia de la dispersión y el control de la hidratación.

El comportamiento químico y físico de los polímeros se puede controlar de la siguiente manera: El nanodiseño de las estructuras moleculares permite realizar intervenciones de control en la reología del concreto fresco, en el colado, en el llenado confiable de la cimbra para mantener de forma óptima la fluidez.

Con la reducción del valor de la relación agua-cemento se puede regular el desarrollo de la resistencia y otras propiedades del material así como la durabilidad.

La posibilidad de desarrollar una estructura molecular apropiada es imprescindible para cumplir con los requisitos para maximizar el rendimiento de los aditivos de concreto. A continuación se indican algunos de los argumentos a favor de las soluciones técnicas de ingeniería para los aditivos de concreto que cada vez son más importantes:

1. Diferentes tipos de cemento/composiciones químicas.
2. Diferentes dosificaciones de cemento.
3. Empleo de materiales de relleno (caliza-escorias-cenizas volantes).
4. Diferentes diseños de mezclas en general (arena-agregados).
5. Diferentes condiciones cli-máticas.
6. Diferentes clases de consistencia.
7. Diferentes métodos de mezclado.

Minimización del consumo de energía y de material

Los principales factores que se escondían detrás del desarrollo del concreto autocompactante en Japón eran la falta de personal especializado y la reducción de los tiempos de construcción. En Europa, el concreto autocompactante tuvo gran difusión en la industria de los prefabricados de concreto. Allá se vieron pronto sus ventajas y se pusieron en práctica para obtener beneficios en la mejora de las propiedades del concreto arquitectónico y en la durabilidad de los prefabricados de concreto. Según algunas estimaciones, hasta el 50% de los prefabricados de concreto estructurales están construidos con concreto auto-compactante. Pero la situación es diferente en la industria del concreto premezclado, en donde el concreto autocompactante constituye menos del 1% del concreto fabricado.

El creciente empleo del concreto autocompactante en la industria de los prefabricados de concreto se atribuye al hecho de que los fabricantes administran todo el ciclo: fabrican y aplican el concreto de tal manera que pueden aprovechar las ventajas del autocompactante en todo el proceso. No obstante, en el concepto tradicional del concreto autocompactante existen algunos inconvenientes, como son: el elevado porcentaje de materiales finos y el correspondiente aumento de los costos; el empleo de finos diferentes y la necesidad que implica de contar con silos adicionales; los problemas logísticos y la fluctuación en las propiedades del concreto autocompactante fresco que se originan con las variaciones del material, que implica que aumentan los costos de producción.

Los aditivos de concreto de nueva generación se han creado recientemente para reducir el porcentaje de finos (tamaño<0,125 mm), pasando de una media de 550 kg/m3 en el HAC convencional, a un valor no superior a 380 kg/m3, haciendo posible de este modo una mejora de la reología a unos costos competitivos. Los aditivos que modifican la viscosidad que hacen posible esto, son los novedosos polímeros iónicos, con un elevado peso molecular, que interactúan entre si y que en una reacción con moléculas de agua, forman una capa de hidratación creando una pasta de cemento con una estructura compleja. Por otro lado, el empleo de aditivos que modifican la viscosidad supone una mejora de la solidez respecto a las modificaciones de la humedad de los agregados y/o de la curva granulométrica, especialmente en lo referente al contenido de finos. Estas variaciones implicaron adaptaciones en el diseño de la mezcla y se consideraron como los mayores inconvenientes del empleo de concreto autocompactante en la industria de los prefabricados de concreto, por no hablar del uso y expansión de este material en la construcción. No obstante, algunos ensayos de campo realizados en las fábricas de prefabricados de concreto demostraron que el empleo de este nuevo aditivo de concreto que modifica su viscosidad supone una notable mejora para la solidez del concreto.

Ensayos de campo en plantas de prefabricados de concreto

El objetivo de estos dos ensayos realizados en plantas de prefabricados de concreto bajo condiciones industriales era prescindir por completo de materiales de relleno en el diseño de la mezcla de los clientes implicadas. Esto debió aportarle al cliente notables ventajas económicas y logísticas. En la fábrica A, la mezcla de referencia del concreto autocompactante para vigas de concreto pretensado de 4 m3 era de 395kg/m3 de cemento y 184 kg/m3 de polvo de caliza. En esta aplicación era necesario un revenimiento de 55-60 cm y una resistencia a compresión de 26 MPa a las 24 horas y de 45 MPa a 28 días.

El empleo del nuevo aditivo de concreto que modifica la viscosidad llamado RheoMATRIX hizo posible prescindir completamente de 184 kg/m3 de polvo de caliza y que, al mismo tiempo, se mantuviera la estabilidad del concreto contra el sangrado y/o segregación. En este punto es necesario indicar el aspecto menos cohesivo del concreto de ensaye en comparación con el concreto autocompactante de referencia, lo que según las observaciones del cliente facilitó el colado. La solidez del concreto optimizado sin polvo de caliza con respecto al contenido de agua fue estudiada posteriormente. Se realizaron mezclas de concreto con 5 y 10 kg/ m3 de agua de mezclado. Estos concretos no presentaban ni sangrado ni segregación, y las vigas coladas con el cumplieron los requisitos del cliente. Además, se fabricó una mezcla de concreto con un contenido de agua de 5 kg/m3 y 0,5 kg/m3 de fluidificante sin que aparecieran ni sangrado ni segregaciones, lo que demuestra una vez más la extraordinaria solidez del concreto después de añadir RheoMATRIX. En la fábrica B se constataron experiencias similares, en donde, al igual que en el caso anterior, el objetivo consistía en sustituir el polvo de caliza del diseño de la mezcla del concreto autocom-pactante para 2 m3 de elementos de muros y además estudiar la solidez del concreto con respecto a los cambios en el diseño de la mezcla. En este caso, la mezcla de concreto se fabricó con 400 kg/m3 de cemento y 120 kg/m3 de polvo de caliza. En este caso, en comparación con el diseño de la mezcla de referencia del cliente, con RheoMATRIX se pudieron sustituir 120 kg/m3 de polvo de caliza. Además se estudió la solidez de esta mezcla de concreto sin polvo de caliza con respecto a los cambios en el diseño de la mezcla. Teniendo en cuenta lo mencionado se fabricaron mezclas de concreto con notables cambios en los porcentajes de agregados. Y con ellas se fabricaron dos elementos de muros diferentes. Estos concretos no presentan ni sangrado ni segregación confirmando así la solidez que se obtiene con RheoMATRIX. Finalmente, se elevó la cantidad de agua del concreto a 5 kg/m3 para estudiar los cambios potenciales en el contenido de agua y sus efectos en la estabilidad del concreto. Este concreto –para satisfacción del cliente– presentaba una estabilidad suficiente sin sangrado ni segregación.

Hiperfluidificantes y acelerantes de endurecimiento

Debido a las obras que se hacen en zonas alejadas, así como ciertas variabilidades en el precio y provisión de los combustibles usualmente empleados, la investigación y experimentación en los últimos años ha conducido a independizar las tareas de producción del curado a vapor gracias al uso de aditivos específicos de última generación que permiten trabajar con curados a vapor fuertemente reducidos y en muchos casos haciéndolos obvios. Estos promisorios logros impulsaron el avance de la investigación tecnológica en este sentido y, desde la aparición de los primeros, fueron surgiendo nuevas generaciones de productos, hasta el último y más eficiente desarrollo: los hiperfluidificantes/acelerantes de endurecimiento. El comportamiento de estos aditivos sugiere otros ámbitos de aplicación, no limitando su uso sólo al caso de los concretos premoldeados, sino extendiendo su empleo a los concretos de alto desempeño, a concretos con requisitos de resistencias a edades tempranas, concretos con requerimientos estéticos y todos aquellos casos que requieran elevadas prestaciones técnicas. Los aditivos superfluidificantes de última generación para concretos, que posibilitan obtener importantes incrementos de resistencias a edades tempranas, realizar notables reducciones de agua (del orden del 30% o más) y posibilitan la fabricación de concretos autocompactantes. Actúan por diferentes mecanismos: a través de la repulsión electrostática de partículas a nivel superficial y de la acción estérica (efecto adicional al electrostático de separación de las partículas de cemento), paralelamente al proceso de hidratación.

De este modo se obtienen las siguientes propiedades:

• Reducción de agua de muy alto rango.
• Desarrollo de altos valores de resistencia inicial y final.
• Disminución de la contracción por secado y mejora del comportamiento a la fluencia.
• Reducción del grado de carbonatación del concreto.

La industria del concreto se orienta hacia la sustentabilidad, de modo que el concreto se convierta en un material de construcción aun más económico. Los fluidificantes son un nuevo desarrollo para maximizar el rendimiento del concreto. Los aditivos que modifican la viscosidad pueden desempeñar un papel importante para mejorar la solidez de los sistemas de concreto empleando materiales con propiedades fluctuantes. Estos recientes desarrollos han reducido los problemas y hacen más amigable el concreto autocompactante para el constructor, así como el impacto que se ha encontrado en los beneficios de concretos que se consolidan bien alrededor del acero de refuerzo y proporcionan mejores acabados y reducen la mano de obra. Además, estos productos pueden tener una función clave en la minimización del consumo de material, en especial con los agregados finos, y de este modo, con una solución inteligente y sustentable cumplir tanto los requisitos de los fabricantes de concreto como con los de las futuras generaciones. c

Bibliografía

Magarotto, Roberta (BASF Italia); Rancero, Joana (BASF España), “Innovadores aditivos de hormigón”, PHI, Planta de Hormigón Internacional, 4, 1, 2008.
Nasvik, Joe, “Admixtures and SCC,” Concrete Construction, julio, 2008.
“Hiperfluidificantes y acelerantes de endurecimiento”, Hormigonar, Asociación Argentina del Hormigón Elaborado, 2008.

Mejorando el concreto Raúl Huerta En los pasados años se han creado fluidificantes para cumplir los estrictos parámetros de rendimiento exigidos por el mercado.
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Las nuevas tecnologías están basadas en aditivos compuestos de carboxilato que aportan grandes parámetros de rendimiento en lo que respecta a una elevada fluidez, tiempo de trabajabilidad prolongado, valor de la relación agua/cemento reducido, elevados valores de resistencia y durabilidad en el concreto endurecido. Un comportamiento mejorado del rendimiento debe acarrear una mayor sensibilización de las condiciones de aplicación y los materiales, ya que en la industria de la construcción aumenta la variabilidad de las propiedades del material debido a unas tasas de reciclaje en continuo crecimiento. Por eso, la solidez de los aditivos de concreto se considera un tema trascendente ya que el rendimiento de los fluidificantes depende en gran medida del elemento con el que reaccionan. Para la compatibilidad entre el cemento y el fluidificante, parece que la existencia de iones de sulfato y la reactividad C3A son los parámetros más importantes con respecto a la fluidez inicial y a la pérdida de fluidez de cada uno de los cementos. No obstante, el tipo y concentración de las materias solubles en el cemento, que se disuelven al poco tiempo de entrar en contacto con los fluidificantes que contiene el agua, son importantes ya que determinan el entorno en el que transcurren las primeras fases de la hidratación del cemento además de que influyen en la velocidad de reacción y en la morfología de los productos que se crean y con ello también en las propiedades del concreto. Las adiciones de cemento, que cada vez más a menudo se encuentran en los prefabricados de concreto y en el concreto, también pueden complicar la interacción con los aditivos de concreto. En la matriz de complejas interacciones entre las adiciones de concreto, la nanotecnología, con sus enormes posibilidades en el campo de la analítica desempeñan un papel importante. La comprensión de la absorción y adaptación molecular de los fluidificantes de polímeros a los materiales cementicios a escala molecular, así como su correlación con el macro rendimiento en el concreto, son importantes para el diseño y optimización de las características del rendimiento de las moléculas de los fluidificantes. Complejas técnicas de análisis han originado grandes cambios en la tecnología de los aditivos de concreto. Sólo así ha sido posible crear productos químicos o polímeros con grupos funcionales para factores de rendimiento determinados. Ahora se forman polímeros para controlar la capacidad de absorción de las partículas de cemento para la eficiencia de la dispersión y el control de la hidratación. El comportamiento químico y físico de los polímeros se puede controlar de la siguiente manera: El nanodiseño de las estructuras moleculares permite realizar intervenciones de control en la reología del concreto fresco, en el colado, en el llenado confiable de la cimbra para mantener de forma óptima la fluidez. Con la reducción del valor de la relación agua-cemento se puede regular el desarrollo de la resistencia y otras propiedades del material así como la durabilidad. La posibilidad de desarrollar una estructura molecular apropiada es imprescindible para cumplir con los requisitos para maximizar el rendimiento de los aditivos de concreto. A continuación se indican algunos de los argumentos a favor de las soluciones técnicas de ingeniería para los aditivos de concreto que cada vez son más importantes: 1. Diferentes tipos de cemento/composiciones químicas. 2. Diferentes dosificaciones de cemento. 3. Empleo de materiales de relleno (caliza-escorias-cenizas volantes). 4. Diferentes diseños de mezclas en general (arena-agregados). 5. Diferentes condiciones cli-máticas. 6. Diferentes clases de consistencia. 7. Diferentes métodos de mezclado. Minimización del consumo de energía y de material Los principales factores que se escondían detrás del desarrollo del concreto autocompactante en Japón eran la falta de personal especializado y la reducción de los tiempos de construcción. En Europa, el concreto autocompactante tuvo gran difusión en la industria de los prefabricados de concreto. Allá se vieron pronto sus ventajas y se pusieron en práctica para obtener beneficios en la mejora de las propiedades del concreto arquitectónico y en la durabilidad de los prefabricados de concreto. Según algunas estimaciones, hasta el 50% de los prefabricados de concreto estructurales están construidos con concreto auto-compactante. Pero la situación es diferente en la industria del concreto premezclado, en donde el concreto autocompactante constituye menos del 1% del concreto fabricado. El creciente empleo del concreto autocompactante en la industria de los prefabricados de concreto se atribuye al hecho de que los fabricantes administran todo el ciclo: fabrican y aplican el concreto de tal manera que pueden aprovechar las ventajas del autocompactante en todo el proceso. No obstante, en el concepto tradicional del concreto autocompactante existen algunos inconvenientes, como son: el elevado porcentaje de materiales finos y el correspondiente aumento de los costos; el empleo de finos diferentes y la necesidad que implica de contar con silos adicionales; los problemas logísticos y la fluctuación en las propiedades del concreto autocompactante fresco que se originan con las variaciones del material, que implica que aumentan los costos de producción. Los aditivos de concreto de nueva generación se han creado recientemente para reducir el porcentaje de finos (tamaño<0,125 mm), pasando de una media de 550 kg/m3 en el HAC convencional, a un valor no superior a 380 kg/m3, haciendo posible de este modo una mejora de la reología a unos costos competitivos. Los aditivos que modifican la viscosidad que hacen posible esto, son los novedosos polímeros iónicos, con un elevado peso molecular, que interactúan entre si y que en una reacción con moléculas de agua, forman una capa de hidratación creando una pasta de cemento con una estructura compleja. Por otro lado, el empleo de aditivos que modifican la viscosidad supone una mejora de la solidez respecto a las modificaciones de la humedad de los agregados y/o de la curva granulométrica, especialmente en lo referente al contenido de finos. Estas variaciones implicaron adaptaciones en el diseño de la mezcla y se consideraron como los mayores inconvenientes del empleo de concreto autocompactante en la industria de los prefabricados de concreto, por no hablar del uso y expansión de este material en la construcción. No obstante, algunos ensayos de campo realizados en las fábricas de prefabricados de concreto demostraron que el empleo de este nuevo aditivo de concreto que modifica su viscosidad supone una notable mejora para la solidez del concreto. Ensayos de campo en plantas de prefabricados de concreto El objetivo de estos dos ensayos realizados en plantas de prefabricados de concreto bajo condiciones industriales era prescindir por completo de materiales de relleno en el diseño de la mezcla de los clientes implicadas. Esto debió aportarle al cliente notables ventajas económicas y logísticas. En la fábrica A, la mezcla de referencia del concreto autocompactante para vigas de concreto pretensado de 4 m3 era de 395kg/m3 de cemento y 184 kg/m3 de polvo de caliza. En esta aplicación era necesario un revenimiento de 55-60 cm y una resistencia a compresión de 26 MPa a las 24 horas y de 45 MPa a 28 días. El empleo del nuevo aditivo de concreto que modifica la viscosidad llamado RheoMATRIX hizo posible prescindir completamente de 184 kg/m3 de polvo de caliza y que, al mismo tiempo, se mantuviera la estabilidad del concreto contra el sangrado y/o segregación. En este punto es necesario indicar el aspecto menos cohesivo del concreto de ensaye en comparación con el concreto autocompactante de referencia, lo que según las observaciones del cliente facilitó el colado. La solidez del concreto optimizado sin polvo de caliza con respecto al contenido de agua fue estudiada posteriormente. Se realizaron mezclas de concreto con 5 y 10 kg/ m3 de agua de mezclado. Estos concretos no presentaban ni sangrado ni segregación, y las vigas coladas con el cumplieron los requisitos del cliente. Además, se fabricó una mezcla de concreto con un contenido de agua de 5 kg/m3 y 0,5 kg/m3 de fluidificante sin que aparecieran ni sangrado ni segregaciones, lo que demuestra una vez más la extraordinaria solidez del concreto después de añadir RheoMATRIX. En la fábrica B se constataron experiencias similares, en donde, al igual que en el caso anterior, el objetivo consistía en sustituir el polvo de caliza del diseño de la mezcla del concreto autocom-pactante para 2 m3 de elementos de muros y además estudiar la solidez del concreto con respecto a los cambios en el diseño de la mezcla. En este caso, la mezcla de concreto se fabricó con 400 kg/m3 de cemento y 120 kg/m3 de polvo de caliza. En este caso, en comparación con el diseño de la mezcla de referencia del cliente, con RheoMATRIX se pudieron sustituir 120 kg/m3 de polvo de caliza. Además se estudió la solidez de esta mezcla de concreto sin polvo de caliza con respecto a los cambios en el diseño de la mezcla. Teniendo en cuenta lo mencionado se fabricaron mezclas de concreto con notables cambios en los porcentajes de agregados. Y con ellas se fabricaron dos elementos de muros diferentes. Estos concretos no presentan ni sangrado ni segregación confirmando así la solidez que se obtiene con RheoMATRIX. Finalmente, se elevó la cantidad de agua del concreto a 5 kg/m3 para estudiar los cambios potenciales en el contenido de agua y sus efectos en la estabilidad del concreto. Este concreto –para satisfacción del cliente– presentaba una estabilidad suficiente sin sangrado ni segregación. Hiperfluidificantes y acelerantes de endurecimiento Debido a las obras que se hacen en zonas alejadas, así como ciertas variabilidades en el precio y provisión de los combustibles usualmente empleados, la investigación y experimentación en los últimos años ha conducido a independizar las tareas de producción del curado a vapor gracias al uso de aditivos específicos de última generación que permiten trabajar con curados a vapor fuertemente reducidos y en muchos casos haciéndolos obvios. Estos promisorios logros impulsaron el avance de la investigación tecnológica en este sentido y, desde la aparición de los primeros, fueron surgiendo nuevas generaciones de productos, hasta el último y más eficiente desarrollo: los hiperfluidificantes/acelerantes de endurecimiento. El comportamiento de estos aditivos sugiere otros ámbitos de aplicación, no limitando su uso sólo al caso de los concretos premoldeados, sino extendiendo su empleo a los concretos de alto desempeño, a concretos con requisitos de resistencias a edades tempranas, concretos con requerimientos estéticos y todos aquellos casos que requieran elevadas prestaciones técnicas. Los aditivos superfluidificantes de última generación para concretos, que posibilitan obtener importantes incrementos de resistencias a edades tempranas, realizar notables reducciones de agua (del orden del 30% o más) y posibilitan la fabricación de concretos autocompactantes. Actúan por diferentes mecanismos: a través de la repulsión electrostática de partículas a nivel superficial y de la acción estérica (efecto adicional al electrostático de separación de las partículas de cemento), paralelamente al proceso de hidratación. De este modo se obtienen las siguientes propiedades: • Reducción de agua de muy alto rango. • Desarrollo de altos valores de resistencia inicial y final. • Disminución de la contracción por secado y mejora del comportamiento a la fluencia. • Reducción del grado de carbonatación del concreto. La industria del concreto se orienta hacia la sustentabilidad, de modo que el concreto se convierta en un material de construcción aun más económico. Los fluidificantes son un nuevo desarrollo para maximizar el rendimiento del concreto. Los aditivos que modifican la viscosidad pueden desempeñar un papel importante para mejorar la solidez de los sistemas de concreto empleando materiales con propiedades fluctuantes. Estos recientes desarrollos han reducido los problemas y hacen más amigable el concreto autocompactante para el constructor, así como el impacto que se ha encontrado en los beneficios de concretos que se consolidan bien alrededor del acero de refuerzo y proporcionan mejores acabados y reducen la mano de obra. Además, estos productos pueden tener una función clave en la minimización del consumo de material, en especial con los agregados finos, y de este modo, con una solución inteligente y sustentable cumplir tanto los requisitos de los fabricantes de concreto como con los de las futuras generaciones. c Bibliografía Magarotto, Roberta (BASF Italia); Rancero, Joana (BASF España), “Innovadores aditivos de hormigón”, PHI, Planta de Hormigón Internacional, 4, 1, 2008. Nasvik, Joe, “Admixtures and SCC,” Concrete Construction, julio, 2008. “Hiperfluidificantes y acelerantes de endurecimiento”, Hormigonar, Asociación Argentina del Hormigón Elaborado, 2008.