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    01-Dec-2015

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  • Aditivos del Concreto

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

    DEFINICIN 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 propsito de producir una modificacin en el comportamiento de] concreto en su estado fresco y/o en condiciones de trabajo. Esta definicin excluye, por ejemplo, a las fibras metlicas, las puzolanas y otros. En la actualidad los aditivos permiten la produccin de concretos con caractersticas diferentes a los tradicionales, han dado un creciente impulso a la construccin y se consideran como un nuevo ingrediente, conjuntamente con el cemento, el agua y los agregados. ANTECEDENTES Los antecedentes ms rem oto$ de los aditivos qumicos se encuentran en los concretos romanos, a los cuales se incorporaba sangre y clara de huevo. La fabricacin del cemento portland alrededor de 1850 y el desarrollo del concreto armado, llev a regular el fraguado con el cloruro de calcio, patentado en 1885. Al inicio del siglo se efectuaron sin xito comercial estudios sobre diferentes aditivos. El primer antecedente de los aditivos qumicos 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 coloracin pudieran llamar la atencin de os conductores de vehculos. Si bien en 1932 se registro una patente de los EE.UU. nose aplic por su elevado costo y exceder los requerimientos de las construcciones de concreto de esa poca. TIPOS DE ADITIVOS, NORMALIZACIN Los aditivos pueden clasificarse tentativamente segn 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 exudacin Reducir la segregacin 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 exposicin severa, Disminuir la permeabilidad. Producir expansin o controlar la contraccin. Incrementar la adherencia con las barras de acero de refuerzo. Impedir la corrosin de las barras de refuerzo. Controlar la reaccin 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 antecdentes, normalizan los aditivos de acuerdo a la funcin que cumplen en el concreto. En la Comunidad Europea las normas CEN normalizan los aditivos qumicos segn sean aplicados a pastas de cemento, morteros, concretos y concreto proyectados. Existen muchos otros tipos de aditivos, an no normalizados, que tienen un nicho en e mercado, a lo que nos referiremos al termino del presente trabajo. La introduccin de los aditivos qumicos en el mercado de la construccin se efecto en la dcada 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 aparecan como modernos alquimistas. Los vendedores no conocan 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 eliminacin de azcares, provenientes de la fabricacin del papel por va qumica.

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    La rpida introduccin de los aditivos en el mercado de la construccin motiv la atencin de investigadores, registrndose los primeros eventos tcnicos, entre ellos debemos sealar: el ''Internacional Symposium on Admixtures for Mortar and Concrete", Brussels, 1967, RILEM. Tambin 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. Adems, aparecen numerosos artculos tcnicos en el Journal del ACI y en la revista Zement Kaip Gips. Es en este perodo que se afirma el conocimiento cientfico del comportarniento de los aditivos en el concreto. Paralelamente se ha producido un proceso de concentracin en la industria de aditivos, con inversin en investigacin, desarrollo, procesos tecnolgicos 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 Per los aditivos qumicos se introducen a fines de la dcada del 50', en un mercado restringido. La primera norma nacional de aditivos corresponde al ao 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 desempeo en trabajabilidad,

    eformacin y resistencia.

    ales, fueron sicamente los siguientes:

    y derivados de s elementos precitados.

    n de pulpa de papel de la madera.

    d Los constituyentes principb Los cidos lignosulfonatos y sus sales. Los cidos hidroxicarboxlicos y sus sales. Las modificaciones lo Los lignosulfonatos son materiales complejos obtenidos del proceso de producci Los cidos hidroxicarboxlicos tienen en su molcul a grupos hidroxilos y carboxilos. Estos productos tienen dferentes empleos industriales, en productos de farmacia. Los aditivos reductores de agua y acelrenles 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. Tambin cuando es necesario suplir las deficiencias de los materiales disponibles,

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    Generalmente se evala previamente la posibilidad de obtener el comportarniento requerido modificando el diseo de mezclas, evaluando la opcin ms favorable econmicamente. El grfico siguiente expresa las diferentes alternativas para modificar la resistencia y trabajabilidad del concreto con aditivos o con modificaciones de diseo de mezclas.

    Aditivos de Segunda Generacin

    En la dcada del 60, especialmente por el desarrollo del concreto premezclado, se llevaron a cabo investigaciones para una nueva generacin de aditivos con elevados niveles de reduccin de agua en las mezclas de concreto, que fueron denominados superplastificantes o aditivos reductores de agua de alto rango. En Alemania se estudi la aplicacin de superplastificantes en base a las sales de formaldehdo-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 Japn se investigaron productos a base de sales de formaldehdo naftaleno sulfnicos, que fueron empleados intensamente en Estados Unidos, especialmente en concretos de alta resistencia. Los aditivos llamados de segunda generacin fueron normalizados por ASTM en 1970, incluyndolos como tipos E y G en la norma de aditivos qumicos; con propiedades de actuar como reductores de agua y como retardadores de fraguado. A diferencia de los reductores de primera generacin, que permiten una reduccin del contenido de agua al 95%, os reductores de alto rango llegan al 88% como mnimo. Cabe sealar que las normas ASTM tienen un carcter do performance mientras que las normas de la Comunidad Europea tienen adems 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 generacin de aditivos se introduce rpidamente, solucionando el problema de la prdida de asentamiento con el tiempo, que afectaba al concreto premezclado, en especial en regiones clidas A nuestro juicio- los siguientes criterios en la seleccin y uso de aditivos qumicos son pertinentes: Establecer cual es la caracterstica principal de concreto que es modificada por el aditivo, cuales son las caractersticas secundarias que son modificadas en menor medida y cuales son los parmetros a controlar, por eventuales desarreglos que pudieran presentarse. Conocer el tipo de constituyente bsico de aditivo para aprovechar la experiencia y las investigaciones existentes. De ser necesario recurrir al anlisis 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 funcin 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 varan la composicion de sus constituyentes mineralgicos, aluminato y el silicato triclcicos y los lcalis 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 cuanta de acero de refuerzo y facilitan el vaciado de grandes superficies con economa, Los aditivos en el mercado son compuestos en base a los siguientes materiales: Formaldehdo-melarnina sulfrico Formaldehdo naftaleno sulfnico Lignosulfonatos modificados Una combinacin de uno de los tipos enunciados con aditivos qumicos de tipo A

    (reductor de agua); de tipo B (reductor y retardador) o de tipo E (reductor acelerador.) Tambin 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 dotndolo de acentuada fluidez sin producir segregacin. Su empleo es requerido por la industria de la prefabricacin para reducir el tiempo de la puesta en molde y curado, adems de eliminar en su totalidad los procedimientos de consolidacin. los procedimientos de normalizacin se encuentran en el comit de ASTM C 09 de] ASTM,

    ADITIVOS PARA MEJORAR LA BOMBEABILIDAD

    Desde hace muchos aos se obtiene en el mercado productos. incrementan la productividad del concreto bombeado, mejorando la cohesividad, disminuyendo la exuda cin y limitando a segregacin del agua. Estos aditivos mejoran las mez clas deficientes en finos o de graduacin incompleta de los agregados. Reducen los problemas del taponamiento y permiten mantener la presin de suministro continuo. Estos aditivos se encuentran en proceso de normalizacin en el ASTM, procurando definir mtodos de ensayos apropiados. ADITIVOS PARA CONCRETO LANZADO (SHOTCRETE) Los aditivos convencionales normalizados tambin son empleados para mejorar las condiciones de aplicacin del concreto lanzado. El cloruro de calcio como acelerador en cantidades no mayores M 2% y cuando se incorporan fibras metlicas, aditivos libres de cloruros. En las mezclas hmedas 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 rendimiento y la performance de los concretos lanzados, que actan sobre las siguientes caractersticas: 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 qumicos se

    encuentra el aluminato de sodio, el hidroxido de sodio y potacio, la trietalolamina y el fluoruro de sodio: adems se utilizan adiciones minerales como la microsilice, las puzolanas y excepcionalmente la betonita. Aditivos para reducir la reaccin lcaliagregados. Recientemente se ha desarrollado diversos tipos de aditivos que incorporados al concreto permiten reducir la expansin causada por la reaccin lcal -agregado. Los aditivos qumicos fueron aplicados inicialmente en la dcada 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 relacin a la masa de cemento. La expansin de esta tcnica esta limitada por el costo de los aditivos y la prevencin que existe por la modificacin de la resistencia. Su empleo es restringido debido a que la informacin sobre experiencias es poca y su costo resulta elevado, con relacin a otras alternativas para minimizar el riesgo. En efecto, es posible usar cementos apropiados, combinar los agregados dainos con otros sanos. etc. La inclusin de este aditivo en el presente trabajo es con carcter referencia[, pues no existe ningn requerimiento en nuestro medio. ADITIVOS E INHIBIDORES DE CORROSION

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

    forma de accin tienen diminuta presencia en el mercado, corno es el caso del lignosulfonato de calcio. Sin embargo, en la tecnologa del concreto existen alternativas mas desarrolladas como son las barras de acero revestidas, la proteccin catdica o las barreras protectoras.

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    ADITIVOS DEL MILENIO

    nteriormente el empleo de aditivos era discrecional, se prescriban por razones de economa y Aconstituan una alternativa al diseo de la mezcla de concreto. En la actualidad los aditivos han pasado a ser un ingrediente ms, 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 qumicos no solamente permite reducir la relacin 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 climticas.

    (') Presidente del Comit de

    irector Ejecutivo de Asocem.

    Normalizacin de Cementos. D

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    AditivosDEFINICINANTECEDENTESTIPOS DE ADITIVOS, NORMALIZACINAditivos de Segunda Generacin

    ADITIVOS PARA CONCRETOS LUIDIFICANTESADITIVOS PARA CONCRETOS AUTO COMPACTANTESADITIVOS E INHIBIDORES DE CORROSIONADITIVOS DEL MILENIO

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