Aditivos
y concreto de alto desempeño:
una combinación acertada
El concreto de alto desempeño (CAD),2 está basado en la utilización adecuada de todo lo mencionado anteriormente. Los aditivos apropiados son esenciales para el CAD tanto en el estado plástico como en el endurecido. El futuro de la industria del concreto depende de un incremento significativo en el empleo del CAD, de modo que el concreto sea cada vez más el producto escogido para edificios, construcción de infraestructura, proyectos para el cuidado del medio ambiente, carreteras, y pavimentos de todo tipo. Estructuras especiales tales como la Plataforma Hibernia de Base Gravitacional requirió CAD. Esta plataforma está ahora en operación a 300 km al este de Newfoundland, Canadá.
El CAD se refiere a su calidad en el estado endurecido con respecto a una o más áreas específicas de excelencia o de alto desempeño. El CAD se define para los tipos de proyecto que se presentan en el cuadro 1.
Las familias de los actuales y futuros aditivos reductores de agua ofrecen al usuario una amplia gama de productos y una combinación de aditivos que pueden seleccionarse sensatamente para obtener un resultado específico en el estado plástico o endurecido, o en ambos. Los buenos aditivos reductores de agua proporcionan los siguientes beneficios.
Aditivo reductor de agua, tipo A: Reducción de agua de 5 a 7 por ciento con tiempos de fraguado normales o retardados. Dosificaciones de 65 a 164 ml/45 kg de cemento.
Aditivo reductor de agua de mediano rango: Reducción de agua del 7 al 9 por ciento con tiempos de fraguado normales o retardados. Dosificaciones de 164 a 295 ml/45 kg) de cemento.
Aditivo reductor de agua de alto rango, tipo F o G: Reducción de agua del 10 al 30 por ciento con tiempos de fraguado normales y retardados. Las dosificaciones son de 196 a 656 ml/45 kg de cemento.
Estos aditivos ofrecen una amplia gama de opciones con respecto al contenido de agua, relación agua / cemento y revenimiento para cada tipo de concreto. Además, las características del fraguado pueden ser "normalizadas" para adecuarse a las condiciones climáticas y de colocación.
La aceleración se obtiene con un acelerador no corrosivo o con cemento de alta resistencia temprana. El retardo del fraguado inicial puede lograrse con el uso de un aditivo retardante, reductor de agua, compatible. Estos aditivos permiten al usuario ajustar con precisión la mezcla o mezclas, para adecuarse a los requisitos del proyecto y preparar mezclas opcionales para satisfacer posibles cambios climáticos o dificultades de colocación. Los aditivos se usan en todos los HPC y en muchos de ellos su potencial está siendo mejorado. Varios proyectos recientes demuestran la necesidad del uso de aditivos apropiados en dosificaciones óptimas.
Estructura Hibernia con Base Gravitacional, Bahía de St. John, Canadá
Esta estructura masiva de soporte de 175,858 m3 para una plataforma de producción petrolera, es un excelente ejemplo de CAD. Su losa de cimentación y su campana neumática incorporan componentes densamente reforzados –losa base, vigas, muros de hielo internos y externos–, que requieren todos concreto con niveles óptimos de fluidez, control de fraguado, impermeabilidad, durabilidad y otras propiedades necesarias para soportar el ambiente de Grand Banks (cuadro 2).
Estructura de estacionamiento del Banco Suizo, Stamford, Conn.
Las estructuras de estacionamientos en la parte norte de los Estados Unidos exigen CAD, principalmente en el área de durabilidad a largo plazo. Esta estructura de estacionamiento es un ejemplo excelente de planos apropiados y especificaciones que están siendo bien ejecutadas en la fase de construcción.
Este edificio de oficinas de 12 pisos con un pabellón anexo para comercio de siete pisos, y cinco niveles de estacionamiento, incluye 88,069 m2 de espacio utilizable. La estructura del estacionamiento está colado en el lugar, y postensado. Las especificaciones requirieron concreto superplastificado de 35 MPa a 28 días, con una relación máxima de a/c de 0.40. Además, se especificaron 5 por ciento de humo de sílice y fibras sintéticas (cuadro 3).
Con el advenimiento de los números F, los perfiles de piso pueden medirse con precisión, y especificarse para satisfacer las necesidades del propietario. Aunque las mediciones se hacen por lo regular inmediatamente después de construida la losa del piso, la preocupación del propietario es solamente sobre el perfil en el estado endurecido, y específicamente cuando la losa del piso está en uso. Los aditivos reductores de agua o RAAR usados en el diseño apropiado de la mezcla puede ayudar a asegurar que los cambios de perfil a través del tiempo sean mínimos.
Un criterio de diseño para los pisos y las losas consiste en agrietamiento y ondulamiento mínimos. El ondulamiento afecta adversamente el perfil del piso, y específicamente, el tránsito adecuado. Desafortunadamente, muchos pisos han sufrido de ondulamiento significativo después de haber cumplido con los requisitos de especificación en el momento de la construcción.
El ondulamiento –contracción diferencial entre la parte superior y la inferior de la losa– ocurre en cada piso, y muchos factores influyen en el grado de ondulamiento. En todas las situaciones, la contracción reducirá el ondulamiento. En cualquier mezcla, la reducción de agua y su reemplazo por agregado, particularmente agregado grueso, reduce la contracción. Esta sustitución puede no reducir significativamente el ondulamiento en una mezcla que tiene altas características de contracción en una subbase que permanecerá húmeda durante toda la vida del proyecto. Sin embargo, es un paso en la dirección correcta. El agrietamiento y ondulamiento mínimos es un requisito de todos los pisos interiores trabajados con llana de acero, sometidos a abrasión vehicular.
Los pisos interiores trabajados con llana de acero sometidos a tránsito vehicular requieren CAD para lograr rendimiento funcional exitoso a largo plazo. Hay muchos pisos excelentes de este tipo instalados en los últimos años. En seguida tenemos una lista de algunos de los más interesantes.
Tiffany & Co. -/ Centro de Servicio a Clientes, Parsippany, NJ
Cuarenta por ciento de la losa del piso del centro de distribución es superplano (Fmin 100) y el resto tiene un FF40//FL.30. Se emplearon aditivos RAAR con fibras de acero para proveer una baja relación agua / cemento –un concreto con bajo contenido de agua con las características necesarias de trabajabilidad y acababilidad para lograr los pisos superplanos y muy planos con un mínimo de agrietamiento y ondulamiento.
La plataforma de carga, un área de máximo tránsito, fue endurecida con 4.88 kg/m2 de un endurecedor de agregado mineral "espolvoreado en seco". Se usó un densificador/sellador líquido en todos los pisos para lograr una superficie con baja brillantez que es fácil de limpiar y es resistente a derrames no corrosivos (cuadro 4).
Bosal Co., Lavonia, Ga.
Este proyecto requirió un piso industrial de alto desempeño y de trabajo pesado –un piso de 10,405 m2 que se tuvo que colar en un día. La especificación requería un diseño de mezcla de 28 MPa adecuado en su estado plástico, para colocación por medio de una enrasadora láser. El diseño de la mezcla también requería el uso de fibras de acero y RAAR.
La mayor parte de la superficie recibió un endurecedor "espolvoreado en seco" de agregado mineral. Los programas de proyectos como éste demandan un concreto fácilmente colocable, de modo que la enrasadora láser pueda utilizarse a plenitud para enrasar y nivelar, rápidamente, grandes cantidades de concreto. Estos proyectos también exigen que las mezclas fácilmente aplicables exhiban agrietamiento y ondulamiento mínimos en toda la vida del piso (cuadro 5).
La reducción significativa del agua por el uso de aditivos apropiados da como resultado un contenido de agregado incrementado para mantener el desempeño apropiado. Cuando se quitan 11.0 kg de agua de mezclado por metro cúbico, se logra un incremento aproximado de 31 kg de agregado. El empleo de aditivos RAAR permite esta reducción de agua, y más.
Las Autoridades del Puerto de Nueva York y Nueva Jersey ha estado siguiendo de cerca este método. Ellos han estado siguiendo los pasos necesarios para reducir el agua de mezclado, principalmente incrementando el contenido de agregado grueso. Sus resultados de laboratorio se presentan en el cuadro 6.
Two Liberty Place, Philadelphia, Pa.
Esta estructura de 236 m de alto y 58 pisos es el edificio con un núcleo hecho con cimbra deslizante, más alto de Estados Unidos. El programa de la colocación de cimbras deslizantes requirió una velocidad de 30 cm por hora. En las etapas iniciales del proyecto, el diseño original de la mezcla permitió sólo una velocidad de 15c m por hora. La mezcla se revisó y se combinó con un RAAR y un acelerador no corrosivo (cuadro 7).
La dosificación del acelerador no corrosivo se adecuó para la construcción en invierno. La mezcla revisada permitió al contratista construir con cimbra deslizante, de 30 a 40 cm por hora. A medida que el clima se hacía más caliente, la dosis del acelerador no corrosivo se redujo lentamente. En junio, el acelerador no corrosivo todavía estaba en la mezcla.
Una combinación de superplastificador y acelerador no corrosivo es un procedimiento estándar en el colado del concreto en clima frío. Las proporciones, particularmente del acelerador, tienen que ser adecuadas a las características de fraguado del cemento que está siendo empleado, así como a las condiciones climáticas. Este "fino ajuste" de las mezclas se requiere en muchos proyectos de CAD.
Resumen
Los aditivos reductores de agua y los RAAR permiten que se utilice CAD en toda la industria del concreto, con la reducción de agua, el incremento del revenimiento, la "normalización" de los tiempos de fraguado y combinaciones de éstos. De este modo, el propietario recibe el mejor concreto posible en el estado endurecido, y el contratista de concreto es capaz de perfeccionar la colocación, compactación y los procedimientos de acabado, para adecuarlos a sus requisitos personales y de proyecto.
La industria del concreto debe reconocer, entender y emplear el CAD en una base regular. El concreto colado en la obra puede ser excelente, y su empleo se incrementará cuando el CAD se convierta en la norma. La industria del concreto no puede tener éxito si alguno de los personajes clave –diseñadores, contratistas, productores de concreto, y fabricantes de aditivos– no proporcionan planes, especificaciones, concreto y procesos de construcción que aseguren el éxito del usuario.
La pericia técnica y los aditivos de alto desempeño son conocidos y están disponibles. Todos los personajes clave en la industria desean la combinación del CAD y los aditivos. Todos deben estar de acuerdo y trabajar en pos del empleo cotidiano del CAD.
Cuadro 1. CAD definido para proyectos
Losas interiores acabadas con llana Concreto Exterior sometido Edificios de gran altura
sometidas a tránsito vehicular a congelación y deshielo y ciclos rápidos
y descongelantes
Tolerancia de piso: Tolerancia de la losa: Varía, Tolerancia del piso:
³ FF35/FL30 pero requiere buen drenaje ³ FF/25FL20
agua / cemento: Contenido de aire: 4.5 a 7.5% Resistencia a la compresión:
0.45 a 0.50 en estado endurecido ³ 21 MPa en 24 a 48 h y/o
41 MPa en 28 días
Agrietamiento y ondulamiento mínimo agua / cemento: 0.40 o menor Agrietamiento y flujo
plástico mínimos
Resistencia a la abrasión Agrietamiento mínimo ___
de buena a excelente
Resistencia a la flexión Resistencia a la abrasión ____
...³ 5 MPa de buena a excelente
Cuadro 2. Diseño de la mezcla de concreto para
la Estructura Hibernia de Base Gravitacional
Diseño de la mezcla de concreto
Cemento (7.5% de 450 kg/m3
humo de sílice)
Agregado fino 830 kg/m3
Agregado grueso 907 kg/m3
Agua 153 l/m3
Contenido de aire 4 a 7%
Agua / cemento 0.34
Aditivo RAAR
Eucon 37 6.8 l/m3
Aditivo RA
Eucon WR-75 1.5 l/m3
Aditivo inclusor Según se requería
de aire, aire extra
Revenimiento 2.5 cm
(antes de RAAR)
Revenimiento 15 a 23 cm
(después de RAAR)
Resistencia a 28 días ³ 69 MPa
Cuadro 3. Diseño de la mezcla de concreto para la estructura del estacionamiento del Swiss Bank
Diseño de la mezcla de concreto
Cemento 418 kg/m3
Agregado fino
712 kg/m3
Agregado grueso 1,068 kg/m3
Agua 165 l/m3
Aditivo RAAR 913 ml/100 kg
Eucon 37
Aditivo inclusor de Según se requería
aire AEA-92
Fiberstrand 100 0.6 kg/m3
Eucom MSA 0.6 kg/m3
Agua / cemento 0.38
Cuadro 4. Diseño de la mezcla de concreto para el Centro de Servicio a Clientes Tiffany & Co.
Diseño de la mezcla de concreto
Cemento 350 kg/m3
Agregado fino 863 kg/m3
Agregado grueso 1,009 kg/m3
Agua 165 l/m3
Aditivo RAAR 2.7 l/m3
Eucon 37
Revenimiento inicial 7.5 cm
Revenimiento final 15 a 20 cm
después de RAAR
Contenido de aire 3% máximo
Agua / cemento 0.47
Fibra de acero Xorex 30 kg/m3
Nota: Los aditivos RAAR y las fibras de acero fueron agregados en la obra por el contratista de concreto
Cuadro 5. Diseño de la mezcla de concreto para Bosal Co.
Cemento 350 kg/m3
Agregado fino 729 kg/m3
Agregado grueso 1,098 kg/m3
(piedra núm. 57)
Agua 178 l/m3
Aditivo RA 1.1 l/m3
Eucon WR-91
Aditivo RAAR 2.7 l/m3
Eucon 537
Fibras de acero 30 kg/m3
Revenimiento final 130 ± 10 ml
Cuadro 6. Mezcla* de pavimentación de la autoridad del puerto
Cemento Tipo I / II 297 kg/m3
Escoria NewCem 59 kg/m3
Agregado fino 543 g/m3
Agregado grueso 1365 kg/m3
Agua 150 l/m3
Agente inclusor de aire 0.5 l/m3
RAAR 2.7 l/m3
Revenimiento 8 cm
Contenido de aire 5.8%
Peso unitario 2,370 kg/m3
Resistencia a la compresión, MPa
7 días 40
28 días 49
56 días 55
Resistencia a la flexión, MPa
7 días 6.5
28 días 8.2
56 días 8.2
* piedra núm. 357
Cuadro 7. Diseño de la mezcla de concreto para Two Liberty Place
Diseño de la mezcla de concreto
Cemento 446 kg/m3
Agregado fino 860 kg/m3
Agregado grueso 1,009 kg/m3
(piedra núm. 57)
Agua l63 l/m3
Aditivo RAAR 522 ml/100 kg de cemento
Eurocon 37
Acelerador no corrosivo 522 a 1565 ml/100 kg de cemento
Accelguard 80 Como se requería
Inicial: 5 a 7.5 cm
Revenimiento Final: 13 a 18 cm
Después de agregar HRWR
en el campo
1 En inglésHigh-Range Water-Reducing (HRWR)
2 En inglésHigh Performance Concrete (HPC)
William S. Phelan es miembro del ACI, Vicepresidente Senior de mercadotecnia y servicios técnicos de The Euclid Chemical Co., East Brunswick, NJ
Este artículo fue publicado en Concrete International y se reproduce con la autorización del American Concrete Institute.
Resumen:
"El futuro de la industria del concreto depende de un incremento significativo en el empleo del concreto de alto desempeño", dice el autor de este artículo, quien asegura también que para lograrlo hay que recurrir a los aditivos reductores de agua. Si éstos se seleccionan con buen criterio y se utilizan en las proporciones adecuadas, afirma, tal material llegará a ser de uso cotidiano.