Aditivos del Concreto

Aditivos Del Concreto

Conferencia inicial del Seminario "Aditivos y Adiciones en el Concreto- organizado por el Capitulo de Ingenieros Civiles, Asocem e Indecopi.

DEFINICIÓN Los aditivos del concreto son productos capaces de disolverse en agua, que se adicionan durante el mezclado en porcentajes no mayores de[ 5% de la masa de cemento, con el propósito de producir una modificación en el comportamiento de] concreto en su estado fresco y/o en condiciones de trabajo. Esta definición excluye, por ejemplo, a las fibras metálicas, las puzolanas y otros. En la actualidad los aditivos permiten la producción de concretos con características diferentes a los tradicionales, han dado un creciente impulso a la construcción y se consideran como un nuevo ingrediente, conjuntamente con el cemento, el agua y los agregados. ANTECEDENTES Los antecedentes más rem oto$ de los aditivos químicos se encuentran en los concretos romanos, a los cuales se incorporaba sangre y clara de huevo. La fabricación del cemento portland alrededor de 1850 y el desarrollo del concreto armado, llevó a regular el fraguado con el cloruro de calcio, patentado en 1885. Al inicio del siglo se efectuaron sin éxito comercial estudios sobre diferentes aditivos. El primer antecedente de los aditivos químicos modernos se encuentran en el empleo ocasional del sulfonato naltaleno formaldheido, que fue utilizado en 1930 para actuar como dispersante en concretos con adiciones negro de humo, destinados a carriles de pavimentos que por su coloración pudieran llamar la atención de ¡os conductores de vehículos. Si bien en 1932 se registro una patente de los EE.UU. nose aplicó por su elevado costo y exceder los requerimientos de las construcciones de concreto de esa época. TIPOS DE ADITIVOS, NORMALIZACIÓN Los aditivos pueden clasificarse tentativamente según las propiedades que modifican en el concreto fresco o endurecido. En estado fresco: • Incrementar la trabajabilidad sin aumento de agua o reducir el contenido de agua con

similar trabajabilidad. • Retardar o acelerar el fraguado. • Modificar el asentamiento. • Disminuir la exudación • Reducir la segregación • Mejorar la actitud al bombeo

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En el concreto endurecido: • Acelerar la ganancia de resistencia temprana. • Incrementar la resistencia. • Mejorar la durabilidad frente a exposición severa, • Disminuir la permeabilidad. • Producir expansión o controlar la contracción. • Incrementar la adherencia con las barras de acero de refuerzo. • Impedir la corrosión de las barras de refuerzo. • Controlar la reacción alcali-agregado En la actualidad los aditivos responden a las siguientes normas: Reductores de agua y reguladores de fragua: ASTM C 494

NTP 334.088 Incorporadores ASTM C 260 de aire (1) NTP 334.089 Cloruro ASTM D 98 de calcio: (1) Fluidificantes: ASTM C 1017 (1) No se tratan en el presente trabajo. Tanto las normas peruanas como las norteamericanas del ASTM que les sirven de antecédentes, normalizan los aditivos de acuerdo a la función que cumplen en el concreto. En la Comunidad Europea las normas CEN normalizan los aditivos químicos según sean aplicados a pastas de cemento, morteros, concretos y concreto proyectados. Existen muchos otros tipos de aditivos, aún no normalizados, que tienen un nicho en e¡ mercado, a lo que nos referiremos al termino del presente trabajo. La introducción de los aditivos químicos en el mercado de la construcción se efectúo en la década de los cincuenta, de manera lenta pero progresiva debido a la actitud conservadora de muchos organismos como el Bureau o Reclamation, en los EE.UU. La actividad de los aditivos fue presentada inicialmente como algo misterioso y los productores aparecían como modernos alquimistas. Los vendedores no conocían el producto de base del material que ofrecian. Sin embargo los procesos eran simples, utilizando subproductos de la industria petrolera o subproductos industriales, como los lignosulfonatos brutos sin mayor eliminación de azúcares, provenientes de la fabricación del papel por vía química.

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La rápida introducción de los aditivos en el mercado de la construcción motivó la atención de investigadores, registrándose los primeros eventos técnicos, entre ellos debemos señalar: el ''Internacional Symposium on Admixtures for Mortar and Concrete", Brussels, 1967, RILEM. También la primera y segunda ''internacional Conference on Superplasticizers in Concrete", de 1978 y 1981 organizado por ACI-CANMET. "Symposium on Superplasticizers in Concrete" Washington, D.C. 1978. Además, aparecen numerosos artículos técnicos en el Journal del ACI y en la revista Zement Kaip Gips. Es en este período que se afirma el conocimiento científico del comportarniento de los aditivos en el concreto. Paralelamente se ha producido un proceso de concentración en la industria de aditivos, con inversión en investigación, desarrollo, procesos tecnológicos y control do calidad para satisfacer los requerimientos del usuario Las primeras normas ASTM se dieron en 1962 para los siguientes tipos de aditivos: • Reductores de agua (tipo A) • Retardadores de fraguado (tipo B) Aceleradores de fraguado y resistencia temprana (tipo

C) • Reductores de agua y retardadores (tipo D) • Reductores de agua y aceleradores (tipo E) En Perú los aditivos químicos se introducen a fines de la década del 50', en un mercado restringido. La primera norma nacional de aditivos corresponde al año de 1981 y se basa en la norma ASTM de 1969 comprendiendo los tipos A,B,C,D, y E Los requerimientos de estas normas se refieren a la performance de los concretos con aditivos, especificando su desempeño en trabajabilidad,

eformación y resistencia.

ales, fueron ásicamente los siguientes:

y derivados de s elementos precitados.

ón de pulpa de papel de la madera.

d Los constituyentes principb Los ácidos lignosulfonatos y sus sales. Los ácidos hidroxicarboxílicos y sus sales. Las modificaciones lo Los lignosulfonatos son materiales complejos obtenidos del proceso de producci Los ácidos hidroxicarboxílicos tienen en su molécul a grupos hidroxilos y carboxilos. Estos productos tienen díferentes empleos industriales, en productos de farmacia. Los aditivos reductores de agua y acelérenles generalmente han consistido en lignosulfonatos con reducidas adiciones de cloruro de calcio o forniato de calcio. Estos cinco tipos de aditivos son empleados cuando permiten cumplir los requerimientos especificados a menor costo. También cuando es necesario suplir las deficiencias de los materiales disponibles,

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Generalmente se evalúa previamente la posibilidad de obtener el comportarniento requerido modificando el diseño de mezclas, evaluando la opción más favorable económicamente. El gráfico siguiente expresa las diferentes alternativas para modificar la resistencia y trabajabilidad del concreto con aditivos o con modificaciones de diseño de mezclas.

Aditivos de Segunda Generación

En la década del 60, especialmente por el desarrollo del concreto premezclado, se llevaron a cabo investigaciones para una nueva generación de aditivos con elevados niveles de reducción de agua en las mezclas de concreto, que fueron denominados superplastificantes o aditivos reductores de agua de alto rango. En Alemania se estudió la aplicación de superplastificantes en base a las sales de formaldehído-melam Ina sulfonato, productos que inicialmente se encontraban en el mercado para otros usos industriales, que luego tuvieron gran desarrollo en la industria del premezclado. Paralelamente en Japón se investigaron productos a base de sales de formaldehído naftaleno sulfánicos, que fueron empleados intensamente en Estados Unidos, especialmente en concretos de alta resistencia. Los aditivos llamados de segunda generación fueron normalizados por ASTM en 1970, incluyéndolos como tipos E y G en la norma de aditivos químicos; con propiedades de actuar como reductores de agua y como retardadores de fraguado. A diferencia de los reductores de primera generación, que permiten una reducción del contenido de agua al 95%, ¡os reductores de alto rango llegan al 88% como mínimo. Cabe señalar que las normas ASTM tienen un carácter do performance mientras que las normas de la Comunidad Europea tienen además especificaciones prescriptivas, como son la homogeneidad, el color, la densidad relativa, el contenido de¡ extracto seco, el valor de¡ PH. En la actualidad una tercera generación de aditivos se introduce rápidamente, solucionando el problema de la pérdida de asentamiento con el tiempo, que afectaba al concreto premezclado, en especial en regiones cálidas A nuestro juicio- los siguientes criterios en la selección y uso de aditivos químicos son pertinentes: Establecer cual es la característica principal de¡ concreto que es modificada por el aditivo, cuales son las características secundarias que son modificadas en menor medida y cuales son los parámetros a controlar, por eventuales desarreglos que pudieran presentarse. Conocer el tipo de constituyente básico de¡ aditivo para aprovechar la experiencia y las investigaciones existentes. De ser necesario recurrir al análisis de infrarrojo (que prescribe la norma para el control de homogeneidad) que permite identificar el producto. En los casos de aditivos reductores de agua, con función de acelerar o retardar el fraguado. (especialmente en los del tipo de alto rango) convieron evaluar la compatibilidad del aditivo con el cemento utilizado, al efecto debe tenerse en cuenta que los cementos varían la composicion de sus constituyentes mineralógicos, aluminato y el silicato tricálcicos y los álcalis solubles.

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ADITIVOS PARA CONCRETOS LUIDIFICANTES Este tipo de aditivo que se encuentra normalizado, pese que a muchas veces se confunde con los aditivos reductores de agua de alto rango. La norma los diferencia al prescribir que deben producir un incremento de 9 cm en el asentamiento, medido en el cono. Se normalizan dos tipos, uno de ellos con propiedades retardantes. Estos aditivos permiten que el concreto acceda en elementos con alta cuantía de acero de refuerzo y facilitan el vaciado de grandes superficies con economía, Los aditivos en el mercado son compuestos en base a los siguientes materiales: • Formaldehído-melarnina sulfórico • Formaldehído naftaleno sulfónico • Lignosulfonatos modificados • Una combinación de uno de los tipos enunciados con aditivos químicos de tipo A

(reductor de agua); de tipo B (reductor y retardador) o de tipo E (reductor acelerador.) • También se utiliza altas dosificaciones del reductor tipo A y reductor acelerador de tipo

E. ADITIVOS PARA CONCRETOS AUTO COMPACTANTES Estos aditivos constituyen un nuevo tipo de aditivo reductor de alto rango que modifica la plasticidad del concreto dotándolo de acentuada fluidez sin producir segregación. Su empleo es requerido por la industria de la prefabricación para reducir el tiempo de la puesta en molde y curado, además de eliminar en su totalidad los procedimientos de consolidación. los procedimientos de normalización se encuentran en el comité de ASTM C 09 de] ASTM,

ADITIVOS PARA MEJORAR LA BOMBEABILIDAD

Desde hace muchos años se obtiene en el mercado productos. incrementan la productividad del concreto bombeado, mejorando la cohesividad, disminuyendo la exuda ción y limitando ¡a segregación del agua. Estos aditivos mejoran las mez clas deficientes en finos o de graduación incompleta de los agregados. Reducen los problemas del taponamiento y permiten mantener la presión de suministro continuo. Estos aditivos se encuentran en proceso de normalización en el ASTM, procurando definir métodos de ensayos apropiados. ADITIVOS PARA CONCRETO LANZADO (SHOTCRETE) Los aditivos convencionales normalizados también son empleados para mejorar las condiciones de aplicación del concreto lanzado. El cloruro de calcio como acelerador en cantidades no mayores M 2% y cuando se incorporan fibras metálicas, aditivos libres de cloruros. En las mezclas húmedas se emplean los reductores de agua y cuando es requerido incorporadores de aire,

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Sin embargo, se pueden encontrar en el mercado aditivos que mejoran el

encuentra el aluminato de sodio, el hidroxido de sodio: además se utilizan adiciones mexcepcionalmente la betonita. Aditivos para reducir la reacción álcaliagregatipos de aditivos que incorporados al concretreacción álcal ¡-agregado. Los aditivos químiclos 60 habiendo adquirido recientemente nuevlitio en porcentajes vecinos al 1 % y sales decemento. La expansión de esta técnica esta limitada pexiste por la modificación de la resistenciainformación sobre experiencias es poca y salternativas para minimizar el riesgo. En ecombinar los agregados dañinos con otros presente trabajo es con carácter referencia[, medio. ADITIVOS E INHIBIDORES DE CORROSION

forma de acción tienen diminuta presencia ende calcio. Sin embargo, en la tecnología del como son las barras de acero revestidas, la pr

rendimiento y la performance de los concretos lanzados, que actúan sobre las siguientes características: Regular el fraguado inicial y final, generalmente entre 2 y 13 minutos. Incrementar el espesor de la capa proyectada y reducir el material de desperdicio. Incrementar la ganancia de resistencia y la resistencia final. Entre los componentes químicos se

de sodio y potacio, la trietalolamina y el fluoruro inerales como la microsilice, las puzolanas y

dos. Recientemente se ha desarrollado diversos o permiten reducir la expansión causada por la os fueron aplicados inicialmente en la década de a presencia. Se emplean principalmente sales de bario, entre 2 y 7%, en relación a la masa de

or el costo de los aditivos y la prevención que . Su empleo es restringido debido a que la u costo resulta elevado, con relación a otras fecto, es posible usar cementos apropiados, sanos. etc. La inclusión de este aditivo en el pues no existe ningún requerimiento en nuestro

Existen varios tipos de inhibidores de la corrosión del refuerzo de acero, sea por causa de la penetración de cloruros o por la acción de C02 del ambiente. Pese a ser conocido durante décadas el nitrito de calcio recién en 1960 fue identificado y patentado. Se ha comprobado que en porcentajes de 31% de masa de cemento reduce la expansión y no produce efectos adversos en el concreto. Otros tipos de inhibidores, con diferente

el mercado, corno es el caso del lignosulfonato concreto existen alternativas mas desarrolladas otección catódica o las barreras protectoras.

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ADITIVOS DEL MILENIO

nteriormente el empleo de aditivos era discrecional, se prescribían por razones de economía y Aconstituían una alternativa al diseño de la mezcla de concreto. En la actualidad los aditivos han pasado a ser un ingrediente más, conjuntamente con las adiciones minerales de los nuevos concretos, que son cualitativamente diferentes a los corcretos que han ocupado la mayor parte de[ siglo pasado. Los aditivos químicos no solamente permite reducir la relación a/c a porcentajes de 0.32, producir concretos trabajables sino que dan como resultados materiales de resistencia superior a mil kilos por cm2 y superior durabilidad ante diferentes condiciones climáticas.

(') Presidente del Comité de

irector Ejecutivo de Asocem.

Normalización de Cementos. D

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