Ingeniería

El poder de los aditivos

El tema de los aditivos es vasto, como lo son los aportes y beneficios que brinda al concreto.

Un aditivo se puede definir como un producto químico que se agrega a la mezcla de concreto en cantidades no mayores de 5 % por masa de cemento con el propósito de realizar una modificación o modificaciones específicas, a las propiedades normales del concreto. En términos generales, los aditivos se clasifican comúnmente por su función en el concreto, pero con frecuencia también por alguna acción adicional. En este sentido, la clasificación de la norma ASTM C 494 sobre los tipos de aditivos, es la siguiente:
A. Reductores de agua.
B. Retardadores.
C. Acelerantes.
D. Reductores de agua y acelerantes retardadores.
E. Reductores de agua de alto rango o superfluidificantes.
F. Reductores de agua de alto rango y retardantes, o superfluidificantes y retardantes. Cabe decir que los superfluidificantes son reductores de agua, pero significativamente son más eficaces que los tipos A, D o E. También suelen ser altamente distintos en su naturaleza.

Características
Los primeros que aparecieron, y los más utilizados, fueron los fluidificantes con base de melamina y naftaleno. Sin embargo, recientemente se empezó a desarrollar una familia de aditivos superplastificantes de base policarboxilato. Los superfluidificantes son polímeros orgánicos solubles en agua que tienen que ser sintetizados, usando un proceso complejo de polimerización, para producir moléculas largas de alta masa molecular. Tienen un bajo contenido de impurezas, aun en dosificaciones muy altas, así que no exhiben efectos laterales perjudiciales. Casi todos están en forma de sales de sodio pero también se producen como sales de calcio.

Efectos de este tipo de aditivos
1. Las moléculas grandes al doblarse alrededor de las partículas de cemento dan una carga altamente negativa y se repelen unas con otras, dando por resultado la defloculación y dispersión de las partículas de cemento. Por lo tanto el mejoramiento resultante de trabajabilidad se puede explotar de dos formas:
a) La producción de concreto con una trabajabilidad muy alta. A una relación agua/cemento y contenido de agua constantes en la mezcla, la acción de dispersión incrementa la trabajabilidad del concreto y típicamente eleva el revenimiento de 7.5 a 20 cm., permaneciendo la mezcla cohesiva.
b) La producción de concreto con una resistencia muy alta. En la elaboración de concreto de trabajabilidad normal, pero con una alta resistencia hay una considerable reducción en la relación agua/cemento. Los requisitos para los superfluidificantes para concreto fluido y para producir concreto de alta resistencia se encuentran respectivamente, en las normas ASTM C 1017 y ASTM 494.

Observaciones sobre el uso de aditivos
Los aditivos cuyo comportamiento se conoce a temperatura normal ambiente pueden comportarse de manera diferente a temperaturas muy altas o muy bajas.
Los aditivos cuyo comportamiento se conoce cuando se emplean separadamente, pueden no ser compatibles cuando se utilizan juntos, por esta razón es esencial una mezcla de prueba para cualquier combinación de aditivos.
Al ser descargados dentro de la mezcladora los aditivos, no sólo se han de medir exactamente, también deben descargarse adecuadamente durante el ciclo de mezclado y en la dosificación correcta. Los cambios en el procedimiento de mezclado pueden afectar el comportamiento de los aditivos.
Es importante saber si algún aditivo que se va a usar contiene cloruros, porque generalmente, se específica un límite sobre el contenido total de iones de cloruro en la mezcla de concreto, de manera que se deben tener en cuenta todas las fuentes de cloruro, aún los llamados "aditivos libres de cloruro".

Aditivos plastificantes y superplastificantes
Suelen definirse como aditivos químicos que permiten mantener una adecuada trabajabilidad del concreto fresco con bajas relaciones agua/cemento durante un periodo razonable (Ramachandran, 1998), sin afectar al comportamiento de curado y endurecimiento. Durante décadas los más comúnmente empleados fueron los lignosulfonatos modificados, los sulfonatos de polimelamina y los sulfonatos de polinaftaleno (Aitcin, et. al., 1994). Sin embargo, a mediados de los años ochentas se empezó a desarrollar una familia de aditivos superplastificantes de base policarboxilato (Bradley et. al. 1986, Lim et. al. 1999) que llevan a una mayor reducción de la cantidad de agua, aumentando la eficacia del aditivo. Cabe decir que la adición del superplastificante favorece la fluidez de la pasta de cemento al interaccionar con las partículas de cemento, impidiendo su floculación bien por estabilización estérica, bien por estabilización electrostática (Burge, 2000).
La estructura química de estos compuestos determina su mecanismo de acción y está directamente ligada con la capacidad de adsorción del aditivo sobre las partículas del cemento. La longitud de la cadena principal del compuesto parece estar directamente relacionada con su capacidad de adsorción (Roncero, et. al., 2007) la adsorción de los policarboxilatos con cadena principal larga es mayor que la de aquellos con cadena principal corta. El efecto fluidificante del aditivo debe producirse durante las primeras horas de hidratación de la pasta de cemento, que es cuando las propiedades reológicas juegan un papel fundamental en la trabajabilidad del concreto. Los superplastificantes basados en policarboxilatos se caracterizan por una elevada reactividad (Papayianni, et. al., 2005) que garantiza que, a dosis elevadas no van a tener efectos secundarios sobre el curado y endurecimiento del concreto.

Nuevos desarrollos
Entre los nuevos desarrollos de la tecnología del concreto se encuentran las aplicaciones de los aditivos expansores utilizados para compensar la contracción que se produce por efecto del fraguado y endurecimiento del cemento Portland en morteros y concretos.

Tipos de aditivos expansivos Dry@D1
Tipo M: Su acción expansiva prevalece durante la fase plástica previa para alcanzar el endurecimiento. Para aplicación en mezclas de morteros cementicios se recomienda adicionar del 0,5 al 1% en peso del total de sólidos de la mezcla.
Tipo C: Su acción expansiva prevalece durante la fase de endurecimiento del concreto. Particularmente se usa para compensar el efecto del secado por la pérdida de humedad e inducir a un estado de precompresión en el concreto armado.

Campo de aplicación
El aditivo expansivo para morteros se recomienda en el sector de los premezclados, para la fabricación de morteros de contracción compensada como micropisos, recubrimientos premezclados, morteros autonivelantes empleados en la terminación de obra, en el campo de la restauración o en trabajos de precisión. Por su parte, el aditivo expansivo para concretos se emplea para reducir o anular la contracción natural del concreto, compensando la fisuración e incrementando la impermeabilidad y, por lo tanto, la durabilidad de los productos elaborados sometidos a condiciones ambientales con agresiones fisicoquímicas.
Se puede usar en estructuras de concreto armado y pretensado como vigas, tejados, arcos, recubrimientos de túneles, puentes, cúpulas; pisos para cámaras frigoríficas e industriales, así como en estructuras delgadas. También en trabajos de hidráulica, como son: tanques para plantas de depuración, galerías subterráneas, canalizaciones y depósitos para líquidos; estructuras portuarias en ambiente marino, muelles y bloques rompeolas; e inyecciones de sellado hermético. En premoldeados como: durmientes para ferrocarril, vigas precomprimidas, paneles prefabricadas, postes y ductos. En refuerzo de estructuras, como pueden ser el mantenimiento extraordinario de estructuras en concreto armado y también bajo cargas; anclaje de máquinas y consolidación de rocas.

Características técnicas
El grado de expansión depende de la dosificación del agente expansivo, del tipo y la cantidad de cemento, de la relación agua/ cemento y del tipo y la naturaleza del agregado. La expansión depende de la duración del mezclado de la temperatura, de la condición y de la duración del tiempo de maduración del concreto con el agente expansivo. Todos los factores que aceleran la velocidad de hidratación del cemento favorecen la expansión durante la fase plástica y, por lo tanto, reducen el grado de expansión durante la fase de endurecimiento. Un prolongado tiempo de mezclado eleva la temperatura, y la adopción de una excesiva relación agua/cemento (> 0.50) reduce la cantidad de expansión. En aplicaciones donde se requiere una elevada precisión de las variaciones dimensionales y donde la dosificación incorrecta del aditivo expansivo compromete el buen resultado de la intervención (por ejemplo, en juntas de elementos prefabricados, anclajes de máquinas o acabados superficiales) es preferible usar un producto premezclado en seco con contracción compensada (con acción expansiva en la fase plástica y en la de endurecimiento).

Preparación de la mezcla
Para mejorar la eficacia del aditivo reductor de agua su adición debe hacerse cuando se ha introducido más de la mitad del agua demandada para una mezcla. El tiempo de mezclado del concreto es similar al de la preparación de un concreto normal.

Dosificación y fraguado
La dosificación está comprendida entre 0,3 y 0,5% en peso del total de los componentes sólidos (equivale a 3-5 kg por cada 100 kg de cemento). El grado de expansión es más efectivo cuanto menor sea la relación a/c y cuanto mayor sea la dosificación de cemento. Obviamente la dosificación dependerá del grado de expansión deseado y previsto para un mortero o un concreto. En cuanto al fraguado, la expansión del concreto puede ocurrir sólo si el curado del producto elaborado se realiza en ambiente húmedo. El desarrollo de la mayor parte de la expansión generalmente ocurre a las 24-48 horas siguientes al mezclado. La reacción de hidratación (>80%) de este aditivo expansor normalmente requiere de uno a tres días. Obviamente, si la humedad durante el fraguado se prolonga, el comportamiento del concreto de contracción compensada resultará mejor. La humedad durante el fraguado debe ser prolongada especialmente en condiciones de calor o clima seco. Se recomienda efectuar un rociado frecuente de los productos elaborados y cubrirlos durante los primeros días con láminas impermeables o tratar todas las superficies expuestas con productos anti-evaporantes. c

 

Referencias:
Neville, Adam, Tipos de aditivos, Tecnología del Concreto, IMCYC.
Sánchez, J.L. García; Alonso, M.C., "Estudios de fase acuosa en estado fresco de pastas de cemento: interacción cemento-aditivo plastificante", departamento de Física de materiales de construcción (Instituto Eduardo Torroja), en Cemento Hormigón, no. 931, septiembre 2009.
"Aditivo expansor para morteros y hormigones, en Hormigonar, Asociación Argentina del Hormigón Preparado, abril 2009.

 

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