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Aditivos para el concreto: Tipos, propiedades y usos

agosto 16, 2022
aditivos para el concreto

Los aditivos mejoran las propiedades del concreto para aplicaciones en la construcción en donde se necesiten «requisitos especiales». Los aditivos se utilizan para lograr la trabajabilidad deseada en el caso de una proporción baja de agua/cemento o para «alargar» el tiempo de fraguado del concreto en casos donde el transporte de concreto tenga largas distancias.

Por lo que es de mucha importancia para un ingeniero civil conocer los tipos de aditivos y sus propiedades para una mejor selección y aplicación en obras de concreto armado.

Nota: Muchas veces menciono «concreto» y «hormigón», que vienen a ser lo mismo.

Ingegeek

Definición

Según IS 9103 (1999) Página No.1, el aditivo para el concreto se define como un material diferente al agua, agregados, cemento hidráulico y «aditivos» como puzolana o escoria y refuerzo de fibra, usado como ingrediente del concreto o mortero y agregado a la mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado para modificar una o más de las propiedades del concreto en estado plástico o endurecido.

Razones para su uso según el ACI

Los aditivos se utilizan para modificar las propiedades del hormigón o el mortero y así hacerlos más adecuados para el trabajo, para la economía o para otros fines como el ahorro de energía. Algunos de los propósitos importantes para los cuales se utilizan los aditivos son:

Para modificar las propiedades del concreto fresco, mortero y lechada

  • Aumente la trabajabilidad sin aumentar el contenido de agua o disminuir el contenido de agua con la misma trabajabilidad.
  • Retardar o acelerar el tiempo de fraguado inicial.
  • Reducir o prevenir el asentamiento.
  • Modificar la tasa o capacidad de sangrados.
  • Reducir la segregación.
  • Mejorar la bombeabilidad.
  • Reducir la tasa de pérdida de asentamiento.

Para modificar las propiedades del concreto «endurecido», mortero y lechada

  • Retrasar o reducir la evaluación del calor durante el endurecimiento temprano.
  • Acelerar la tasa de esfuerzo máximo a edades tempranas.
  • Aumentar la resistencia (compresión, tracción o flexión).
  • Aumentar la durabilidad o la resistencia a condiciones severas de exposición.
  • Disminuir la permeabilidad del hormigón.
  • Controlar la expansión provocada por la reacción de los álcalis con determinados constituyentes de los áridos.
  • Aumenta la adherencia del concreto al refuerzo de acero.
  • Aumentar la unión entre el concreto existente y el nuevo.
  • Mejorar la resistencia al impacto y la resistencia a la abrasión.
  • Inhibe la corrosión del metal incrustado.
  • Producir hormigón coloreado o mortero.

¿Cuándo usar los aditivos?

  • Cuando las propiedades no pueden obtenerse variando la composición del material básico.
  • Para producir los efectos deseados de manera más económica.
  • Es poco probable que mejore un concreto pobre.

¿Cómo usar los aditivos?

  • Verifique la especificación del trabajo.
  • Use la mezcla correcta.
  • Nunca use uno de un contenedor sin marcar.
  • Mantenga los recipientes cerrados para evitar la contaminación accidental.
  • Agregue la dosis correcta.
  • Evite agregar «un poco más».
  • Usa un dispensador.
  • Lávese bien al final del día.
  • La dosis recomendada por el fabricante suele ser adecuada.
  • Las mezclas de prueba son importantes para determinar la dosis más efectiva.

Tipos de aditivos

Los tipos de aditivos según  el informe del Comité del American Concrete Institute son:

  1. Aditivos acelerantes.
  2. Aditivos retardantes.
  3. Aditivos reductores de agua y controladores de fraguado.
  4. Aditivos incorporadores de aire.
  5. Aditivos súper plastificantes.

1. Aditivos acelerantes

Los aditivos acelerantes se utilizan para tiempos de fraguado más rápidos del concreto. Proporciona un mayor desarrollo de resistencia inicial en concreto recién mezclado.

Principales usos de los Aditivos Acelerantes de Concreto

  • Estos aditivos son adecuados para hormigonar en condiciones invernales.
  • Durante cualquier trabajo de reparación de emergencia.
  • En caso de desmontaje anticipado del encofrado.

Desventajas de Acelerantes de Concreto

  • Ha aumentado la contracción por secado.
  • Ofrece una resistencia reducida al ataque de los sulfatos.
  • CaCl2 alto riesgo de corrosión del acero – no permitido en hormigón armado.
  • Es más caro y menos efectivo.

2. Aditivos retardantes

La función de retardar la mezcla de concreto es retrasar o extender el tiempo de fraguado de la pasta de cemento en el concreto. Estos son útiles para el concreto que tiene que ser transportado a largas distancias en mezcladores de tránsito y útiles para colocar el concreto a altas temperaturas, especialmente utilizados como aditivo de lechada y reductores de agua que dan como resultado un aumento de la resistencia y la durabilidad.

Tipo de producto químico para retardar la mezcla de concreto

a) Lignosulfonatos sin refinar que contienen azúcar, que por supuesto es el componente responsable del retardo. 

b) Ácido hidroxicarboxílico y sus sales

c) Hidratos de carbono, incluido el azúcar

d) Zinc soluble

e) Boratos solubles, etc.

Modo de acción

Se cree que los aditivos retardantes se absorben en la fase C3A del cemento formando una película alrededor de los granos de cemento y presentando o reduciendo la reacción con el agua. 

Después de un tiempo, la película se rompe y continúa la hidratación normal. Esta es una mezcla simple y hay una razón para creer que los retardadores también interactúan con C3S ya que el retardo puede extenderse a un período de varios días.

¿Por qué se usan los aditivos retardantes para concreto?

Para retrasar el tiempo de fraguado del concreto sin afectar negativamente el desarrollo de resistencia subsiguiente.

Ventaja del aditivo de hormigón retardante

a) El aditivo del tipo ácido hidroxicarboxílico normalmente produce concreto que tiene un contenido objetivo ligeramente más bajo que el de una mezcla de control. 

b) Los materiales de esta clase (lignosulfonato que contiene azúcar y derivados del ácido hidroxilcarboxílico) en algunos casos tienen un efecto dispersante mucho mayor y, por lo tanto, una capacidad reductora de agua. 

c) Aumenta la durabilidad.

Efecto perjudicial

a) Cuando se utiliza material a base de lignosulfonato, el contenido de aire puede ser de 0,2 a 0,3 % más alto a menos que se agreguen materiales del tipo fosfato de tributilo. 

b) A medida que aumenta el contenido de agua, existe una tendencia a la contracción por secado.

Aplicaciones del aditivo de hormigón retardante

Se utilizan aditivos retardantes:

a) Cuando se requiere un transporte prolongado de concreto premezclado, este tipo de aditivo puede evitar de manera útil el fraguado prematuro. 

b) Cuando el hormigón esté siendo colocado o transportado en condiciones de alta temperatura ambiente. 

c) En caso de grandes vertidos de hormigón.

d) Construcción de hormigón con encofrado deslizante.

3. Reductores de agua

Tipos de químicos para aditivos reductores de agua

  1. Sal cálcica o sódica del ácido lignosulfónico.
  2. Ácido policarboxílico.

Modo de acción

El papel principal en el mecanismo de reducción de agua y retardo del fraguado de las mezclas suele estar compuesto por moléculas orgánicas de cadena larga que son hidrofóbicas (no humectantes) en un extremo e hidrofílicas (fácilmente humectantes) en el otro. 

Tales moléculas tienden a concentrarse y formar una película en la interfaz entre dos fases inmiscibles como el cemento y el agua, y alteran las fuerzas fisicoquímicas que actúan en esta interfaz. 

El mecanismo por el cual operan los aditivos reductores de agua es deflocular o dispersar los aglomerados de cemento en partículas primarias o al menos en fragmentos mucho más pequeños. 

Esta defloculación se cree que es un efecto fisicoquímico por el cual la mezcla se adsorbe primero sobre la superficie del cemento hidratante, formando una “vaina” de hidratación, reduce las antipartículas separadas unas de otras. 

La presencia de aditivos reductores de agua en un concreto fresco da como resultado:

  1. Una reducción de la tensión interfacial.
  2. Un aumento en los potenciales electrocinéticos.
  3. Capa de protección de los dipolos de agua alrededor de cada partícula, es decir, la movilidad de la mezcla fresca aumenta, en parte debido a la reducción de las fuerzas entre partículas y en parte debido al agua liberada de la influencia restrictiva del sistema altamente floculado que ahora está disponible para lubricar la mezcla. Por lo tanto, se requiere menos agua para lograr la consistencia dada.

¿Por qué se utilizan aditivos reductores de agua?

a) Se puede hacer concreto que tenga una mayor trabajabilidad sin necesidad de más agua y, por lo tanto, no se produzcan pérdidas de resistencia.

b) Al mantener cierta trabajabilidad, pero con un contenido de agua más bajo, las resistencias del concreto pueden aumentarse sin necesidad de añadir más cemento.

c) Si bien manteniendo la misma relación a/c y la trabajabilidad, el concreto se puede hacer con una resistencia dada como en el concreto de referencia con un contenido de cemento más bajo.

Efecto sobre la durabilidad

La adición directa de aditivos de este tipo no produce ningún aumento en la permeabilidad y, de hecho, cuando el aditivo se usa para reducir la a/c, la permeabilidad se reduce considerablemente.

Efecto sobre la contracción

Las mezclas de este tipo, cuando se usan como auxiliares de trabajabilidad en reductores de agua, no afectan adversamente la contracción.

Efecto sobre la fluencia

Los materiales de este tipo de aditivos no tienen efectos nocivos sobre la fluencia del hormigón.

Efecto perjudicial

a) Mientras usa un agente reductor de agua. Se debe tener cuidado al controlar el contenido de aire en la mezcla. La mayoría de los agentes reductores de agua arrastran aire debido a sus propiedades tensioactivas. 

b) A altas dosis de material lignosulfonado, se produce un retardo de la mezcla.

Aplicaciones de aditivos para concreto reductores de agua

La aplicación del tipo de aditivos es la siguiente:

a) Cuando los vertidos de hormigón están restringidos debido a la congestión del refuerzo a estas secciones. 

b) Cuando se experimenten mezclas ásperas como las producidas con áridos (triturados). Entonces se puede obtener una mejora considerable en las propiedades plásticas del hormigón. 

c) Cuando las resistencias requeridas son difíciles de obtener dentro del contenido máximo de cemento especificado y cuando se requieren resistencias de levantamiento tempranas. 

d) Mediante la adición de esta mezcla en el hormigón, se puede obtener una economía de cemento de alrededor del 10%.

4. Aditivos incorporadores de aire

Generalmente se utilizan para mejorar la trabajabilidad, facilidad de colocación, mayor durabilidad, mejor resistencia a la acción de las heladas y reducción del sangrado. Los agentes inclusores de aire más comunes son las resinas de madera natural, las resinas de vinsol neutralizadas, los polímeros de óxido de polietileno y los compuestos sulfonados.

Mecanismo de aditivos inclusores de aire para concreto

Estos son aniónicos, porque las estructuras de los hidrocarburos contienen grupos hidrófilos cargados negativamente, como COO, SO3 y OSO, por lo que se liberan grandes aniones en el agua. Por el contrario, si el ion de hidrocarburo tiene carga positiva, el compuesto es catiónico o catiónico. 

En otras palabras, los agentes tensioactivos aniónicos producen burbujas cargadas negativamente, las cargadas catiónicas hacen que las burbujas tengan carga positiva, los agentes tensioactivos de todas las clases pueden provocar la incorporación de aire en el hormigón, pero su eficiencia y características del sistema de vacíos de aire varían ampliamente.

Propiedades de los aditivos incorporadores de aire

  • Estos son agentes espumantes, productos químicos que producen gas. Introduce millones de burbujas diminutas y estables de tamaño uniforme que se distribuyen uniformemente por toda la mezcla (generalmente alrededor del 5% del volumen).
  • Mejora las propiedades del hormigón fresco como la trabajabilidad, la cohesión y reduce la segregación y el sangrado.
  • Mejora las propiedades del hormigón endurecido – Por cada 1% de aire hay un 4% de pérdida de resistencia que se minimiza por la reducción del contenido de agua. Mejora la durabilidad del hormigón endurecido.

5. Aditivos superplastificantes

Estos son la mezcla de segunda generación y también se denominan superplastificantes. Estos son productos químicos sintéticos elaborados a partir de sulfonatos orgánicos de tipo RSO3, donde R es un grupo orgánico complejo de mayor peso molecular producido en condiciones cuidadosamente controladas.

Modo de acción de los aditivos superplastificantes

Esta mezcla actúa de la misma manera que actúa una mezcla reductora de agua. Dispersa los aglomerados de cemento cuando el cemento se suspende en agua y se adsorbe sobre la superficie del cemento, provocando su repulsión mutua como resultado de la naturaleza aniónica de los superplastificantes.

¿Por qué se utilizan los aditivos superplastificantes?

a) A una relación a/c determinada, este aditivo aumenta la trabajabilidad, normalmente elevando el asentamiento de 75 mm a 200 mm. 

b) El segundo uso de estos aditivos es en la producción de concreto de trabajabilidad normal pero con una resistencia extremadamente alta (el súper plastificante puede reducir el contenido de agua para una trabajabilidad dada en un 25 – 35 por ciento en comparación con la mitad de ese valor en el caso del convencional). aditivos reductores de agua).

Ventajas de los aditivos súper plastificantes

a) El concreto que usa este aditivo se puede colocar con poca o ninguna compactación y no está sujeto a sangrado o segregación excesivos. 

b) Se pueden usar en dosis altas siempre que no cambien marcadamente la tensión superficial del agua. 

c) No afecta significativamente el fraguado del hormigón excepto cuando se utilizan cementos con muy bajo contenido de C 3 A. d) No influyen en la retracción, el módulo de elasticidad de fluencia o la resistencia al desmoldado a la descongelación.

Desventaja

La única desventaja real de los superplastificantes es su costo relativamente alto.

Aplicaciones de los aditivos súper plastificantes

a) En tramos muy fuertemente armados, en zonas de difícil acceso en forjados o losas. 

b) Donde se desee una colocación muy rápida.


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Conclusión

Los aditivos para concreto se seleccionarán cuidadosamente de acuerdo con las especificaciones y se utilizarán según lo recomendado por el fabricante o según el informe de las pruebas de laboratorio.

Los fabricantes recomiendan la cantidad de aditivos que se utilizarán para la aplicación específica. Para uso en grandes proyectos de construcción, la cantidad de aditivo que se utilizará se obtendrá de los informes de pruebas para concreto mezclado con aditivos en varios porcentajes de uso de aditivos.

Estas pruebas se llevan a cabo para comprender el comportamiento de los aditivos en la calidad y resistencia deseadas del concreto en diferentes cantidades de aditivos utilizados.

Por lo tanto, se puede seleccionar la cantidad óptima de aditivos para una aplicación específica en función de los resultados. La selección de aditivos específicos para usar en concreto para alterar las propiedades del concreto debe seleccionarse cuidadosamente según los requisitos de las obras de concreto. 

Los aditivos para concreto deben usarse con prudencia de acuerdo con las especificaciones y el método de aplicación para evitar efectos adversos en las propiedades del concreto en estado fresco y endurecido. 

Después de seleccionar el producto de aditivos, se debe elegir cuidadosamente al proveedor con un producto de calidad, un servicio oportuno y un precio competitivo. 

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