“Aditivos y adiciones del concreto; norma y aplicaciones”

1. “Aditivos y adiciones del concreto; norma y • aplicaciones” • ADITIVOS QUÍMICOS Ing. Manuel Gonzales de la Cotera

2. Los aditivos del concreto son productos capaces de disolverse en agua, que se adicionan durante el mezclado en porcentajes no mayores del 5% de la masa de cemento, con el propósito de producir una modificación en el comportamiento del concreto en su estado fresco y/o en su desempeño 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, han dado un creciente impulso a la construcción y se consideran como un nuevo ingrediente, con el cemento, el agua y los agregados.

3. Los antecedentes mas remotos de los aditivos químicos se encuentran en los concretos romanos en los cuales se incorporó sangre y clara de huevo. La fabricación del cemento portland alrededor de 1850 y el desarrollo del concreto armado, ocasionó la necesidad de regular el fraguado con el cloruro de calcio, patentado en 1885. Al inicio del siglo se efectuaron intentos de estudiar diferentes productos sin éxito comercial. El primer antecedente de los aditivos químicos modernos se encuentran en el empleo ocasional del sulfonato naftaleno formaldheido, que en 1930 fue utilizado para actuar como dispersante en concretos, con adiciones de negro de humo, destinados a carriles de pavimentos que por su coloración pudieran llamar la atención de los conductores de vehículos.

4. En estado fresco • Incrementar la trabajabilidad sin aumento de agua o reducir el contenido de agua con similar trabajabilidad. • Retardar o acelerar el fraguado • Reducir o prevenir el asentamiento • Modificar los valores de exudación • Reducir la segregación • Mejorar la actitud al bombeo

5. En el concreto endurecido • Acelerar la ganancia de resistencia temprana • Incrementar la resistencia • Mejorar la durabilidad frente a exposición severa • Disminuir la permeabilidad. • Controlar la expansión por la reaccion álcali agregado • Incrementar la adherencia con las barras de acero de refuerzo • Impedir la corrosión de las barras de refuerzo • Controlar la reacción alcali-agregado.

6. En la actualidad los aditivos responden a las siguientes normas: • Reductores de agua y reguladores de fragua: ASTM C 494 • NTP 334.088 • Incorporadores de aire: ASTM C 260 • NTP 334.089 • Cloruro de calcio: ASTM D 98 • Autocompactantes: ASTM C 1017 • Las normas peruanas como las ASTM, normalizan los aditivos de acuerdo a la función que cumplen. En la Comunidad Europea normalizan los aditivos según sean aplicados a pastas de cemento, morteros, concretos y concretos proyectados.

7. La introducción de los aditivos químicos en el mercado de la construcción, se efectúa desde la década de los cincuenta de manera lenta pero progresiva debido a la prevención de muchos organismos como Bureau of Reclamation´s, 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 material de base del producto que ofrecían. 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.

8. 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) • Los requerimientos de estas normas se dirigieron a la performance de los concretos, especificando su actividad en la resistencia, trabajabilidad y deformación del concreto.

9. Los constituyentes principales, fueron básicamente los siguientes: • Los ácidos, lignosulfonatos, y sus sales • Los ácidos hidroxicarboxílicos, y sus sales. • Las modificaciones y derivados de los dos elementos precitados.

10. Los lignosulfonatos son un subproducto de la producción de pulpa de papel en base a la madera. En la fabricación de aditivos predominan los de tipo cálcico o sódico. Se les atribuye la inclusión de pequeños porcentajes de aire en el concreto. Con altos niveles de azúcares tienen propiedades retardantes. Los aditivos reductores de agua y acelerantes, generalmente han consistido en lignosulfonatos con reducidas adiciones de cloruro de calcio o forniato de calcio.

12. En la década del 1960, especialmente por el desarrollo del concreto premezclado, se llevaron a cabo investigaciones para el desarrollo de 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 reductores de agua de alto rango en base a las sales de formaldehído-melamina 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 sulfónicos, que fueron empleados intensamente en Estados Unidos, especialmente en concretos de alta resistencia.

13. Estos aditivos llamados de segunda generación fueron normalizados por ASTM en 1970, incluyéndole como tipos F 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%, los reductores de alto rango llegan al 88% como mínimo. 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.

14. En Perú los aditivos químicos se introducen a fines de la década del 50´, desarrollando un mercado restringido. La primera norma de aditivos corresponde al año de 1981 comprendiendo los tipos A,B,C,D, y E y posteriormente en 1999 se dio la norma vigente incluyendo los reductores de agua de alta performance. Cabe señalar que las normas ASTM tienen un carácter de performance mientras que las normas de la Comunidad Europea tienen además especificaciones prescriptivas, como son la homogeneidad, el color, la densidad relativa, el contenido del extracto seco, el valor del PH.

15. Establecer cual es la característica principal del 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 del 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.

16. En los casos de aditivos reductores de agua, con función de acelerar o retardar el fraguado. (especialmente en los del tipo de alto rango) convienen evaluar la compatibilidad del aditivo con el cemento utilizado, al efecto debe tenerse en cuenta que los cementos varían en su composición de sus constituyentes mineralógicos, el C3A, el C3S y los álcalis solubles.

17. Aditivos Autocompactante Este tipo de aditivo que se encuentra normalizado, 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 facilite el vaciado de grandes superficies con economía.

18. Los aditivos en el mercado son compuestos en base a los siguientes materiales: • - Formaldehído-melamina sulfónico • - 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.

19. Aditivos para mejorar la bombeabilidad Inicialmente los aditivos reductores de agua de alto rango fueron empleados en las mezclas de concreto premezclado, sin embargo, se requería aditivos que facilitara mezclas deficientes en finos o de graduación incompleta de los agregados, para reducir el problema del taponamiento y mantener la presión de suministro continuo. Los nuevos aditivos en el mercado incrementa la productividad del concreto bombeado mejorando la cohesividad, disminuyendo la exudación y limitando la segregación del agua. En los países desarrollados el concreto premezclado representa del 70 al 80%. Estos aditivos se encuentran en proceso de normalizaciónen el ASTM, procurando definir métodos de ensayos apropiados.

20. Existen tres categorías de este tipo de aditivos • Polímeros orgánicos solubles en agua; sintéticos o naturales; óxido de polietileno; polímeros acrílicos. • Floculantes orgánicos. • Emulsiones de materiales orgánicos; parafina, acrílicos y otros polímeros.

21. Aditivos para reducir la reacción álcali-agregados • Recientemente se ha desarrollado diversos tipos de aditivos que incorporados al concreto permiten reducir la expansión causada por la reacción álcali-agregado. • Los aditivos químicos fueron aplicados inicialmente en la década de los 60 habiendo adquirido recientemente nueva presencia. Se emplean principalmente sales de litio en porcentajes vecinos al 1% y sales de bario, entre 2 y 7%, en relación a la masa de cemento. La expansión de esta técnica esta limitada por el costo de los aditivosy la prevención que existe por la modificación de la resistencia.

22. Su empleo es restringido debido a que la información sobre experiencias es poca y su costo resulta elevado, con relación a otras alternativas para minimizar el riesgo. En efecto, es posible usar cementos apropiados, combinar los agregados dañinos con otros sanos, etc. • La inclusión de este aditivo en el presente trabajo es con carácter referencial, pues no existe ningún requerimiento en nuestro medio.

23. Aditivos e inhibidores de corrosión Existen varios tipos de inhibidores de corrosión sea por causa de la penetración de cloruros o por la acción de CO2 del ambiente. Pese a ser conocido durante décadas recién en 1960 fue identificado y patentado el nitrito de calcio, que en porcentajes de 3% de masa de cemento reduce la expansión y no produce efectos adversos en el concreto. También lignosulfonato de calcio. En la tecnología del concreto existen alternativas como son las barras de acero revestidas, protección catódica o barreras protectoras.

24. Aditivos del milenio Los aditivos han pasado a ser un ingrediente más, conjuntamente con las adiciones minerales de los nuevos concretos, que son cualitativamente diferentes a los concretos que han ocupado la mayor parte del 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 en mil kilos por cm2 con durabilidad ante diferentes condiciones climáticas.