ADITIVOS PARA CONCRETO

ADITIVOS PARA CONCRETO

I. INTRODUCCION

En la actualidad gracias al progreso de la industria química y recientemente la

nanotecnología, los aditivos han sido incorporadas al concreto, y actualmente podemos

encontrar un sinnúmero de productos en el mercado que satisfacen la gran mayoría de las

necesidades para los usuarios de concreto.

El éxito al usar los aditivos depende mucho de la forma de uso y de la acertada elección del

producto apropiado.

Se ha progresado mucho en este campo y es conveniente que se informen ya que la eficacia

depende en gran parte de esto.

Cualquier labor técnica se realiza más eficientemente si todos los riesgos están calculados y

controlados, siendo los aditivos la alternativa que siempre permite optimizar las mezclas de

concreto y los procesos constructivos.

En nuestro país, no es frecuente el empleo de aditivos por la creencia generalizada de que

su alto costo no justifica su utilización en el concreto de manera rutinaria; pero si se hace

un estudio detallado del incremento en el costo del m3 de concreto (incremento que

normalmente oscila entre el 0.5 al 5% dependiendo del producto en particular), y de la

economía en mano de obra, horas de operación y mantenimiento del equipo, reducción de

lazos de ejecución de las labores, mayor vida útil de las estructuras etc., se concluye en que

el costo extra es sólo aparente en la mayoría de los casos, en contraposición a la gran

cantidad de beneficios que se obtienen.

En este capítulo de investigación daremos una visión general a los aditivos para concreto.

II. OBJETIVOS

1. Conocer los antecedentes y definición de aditivos en el concreto.

2. Describir sobre los tipos, normalización y uso de aditivos para concreto.

3. Detallar procedimientos que brindan los cuidados en la protección en la durante el

almacenamiento y manipulación de los aditivos.

III. GENERALIDADES

A. ANTECEDENTES

Los antecedentes más remotos 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 naftaleno formaldehido, 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 registró una patente de los EE.UU. no se aplicó por su

elevado costo y exceder los requerimientos de las construcciones de concreto de esa

época.

B. DEFINICION DE ADITIVO

Existen diversas definiciones para aditivos usados en la producción de concreto

hidráulico, de las más conocidas, se cita la siguiente: “Aditivo es toda aquella sustancia

diferente al agua, los agregados, el cemento y los refuerzos de fibra usada como

ingrediente para el concreto o del mortero y que se agrega a la mezcla inmediatamente

antes o durante el mezclado”.

La interpretación que puede darse a esta definición, es que un material sólo puede

considerarse como aditivo cuando se incorpora individualmente al concreto, es decir,

que se puede ejercer control sobre su dosificación.

C. DEFINICION DE CONCRETO

El concreto es el producto resultante de la mezcla de un aglomerante (generalmente

cemento, arena, grava o piedra machacada y agua) que al fraguar y endurecer adquiere

una resistencia similar a la de las mejores piedras naturales.

En el concreto, la grava y la arena constituyen el esqueleto, mientras que la pasta que se

forma con el cemento, que fragua primero y endurece después, rellena los huecos

uniendo y consolidando los granos de los áridos. Al concreto se le puede añadir aditivos

para mejorar algunas de sus propiedades.

Concreto en masa:

Volumen suficientemente grande de concreto, como para requerir previsiones que

minimicen el efecto del calor de hidratación generado por el fraguado del cemento.

Concreto estructural:

Concretos usados para propósitos estructurales, incluyendo los concretos simples y

los reforzados.

Concreto prefabricado:

Concreto sin reforzar o armado que ha sido vaciado en un lugar diferente al de su

ubicación final en la estructura.

Concreto reforzado:

Concreto estructural con porcentajes mínimos de acero de refuerzo no menor que

los especificados en la respectiva Norma, diseñado bajo la suposición de que los dos

materiales actúan conjuntamente para resistir las solicitaciones a las cuales está

sometido.

D. CLASIFICACION DE LOS ADITIVOS

Debido a que sus efectos son muy variados, una clasificación así es muy extensa,

además debido a que un solo aditivo modifica varias características del concreto,

además de no cumplir todas las que especifica.

1. Según la norma técnica ASTM-C494 es:

a) TIPO A: Reductor de agua

b) TIPO B: Retardante

c) TIPO C: Acelerante

d) TIPO D: Reductor de agua retardante

e) TIPO E: Reductor de agua acelerante

f) TIPO F: Súper reductor de agua

g) TIPO G: Súper reductor de agua retardante

2. Según el comité 212 del ACI

Los clasifica según los tipos de materiales constituyentes o a los efectos

característicos en su uso:

a) Aditivos acelerantes.

b) Aditivos reductores de agua y que controlan el fraguado.

c) Aditivos para inyecciones.

d) Aditivos incorporadores de aire.

e) Aditivos extractores de aire.

f) Aditivos formadores de gas.

g) Aditivos productores de expansión o expansivos.

h) Aditivos minerales finamente molidos.

i) Aditivos impermeables y reductores de permeabilidad.

j) Aditivos pegantes (también llamados epóxicos).

k) Aditivos químicos para reducir la expansión debido a la reacción entre los

agregados y los alcalices del cemento. Aditivos inhibidores de corrosión.

l) Aditivos fungicidas, germicidas o insecticidas.

m) Aditivos floculadores.

n) Aditivos colorantes.

Los aditivos normalmente se clasifican en categorías de acuerdo con su efecto:

• Plastificadores (agentes reductores de agua).

• Superplastificadores.

• Inclusores de aire.

• Aceleradores.

• Retardadores.

A continuación se discute cada tipo de aditivo.

1. PLASTIFICANTES

Cuando se agregan a una mezcla de concreto, los plastificantes (agentes reductores

de agua) son absorbidos en la superficie de las partículas de los aglomerantes,

haciendo que se repelan entre sí, lo cual da como resultado una mejora en la

trabajabilidad y proporciona una distribución más uniforme de las partículas del

aglomerante a través de la mezcla.

Los principales tipos de plastificantes son los ácidos lignosulfónicos y sus sales, los

ácidos carboxílico hidroxilados y sus sales, y modificaciones de ambos.

a) Dosificación

La dosis típica de un plastificante varía de 200 ml a 450 ml por cada 100 kg de

material cementante.

b) Usos

• Los plastificantes usualmente incrementan el revenimiento del concreto con

un contenido de agua dado.

• Los plastificantes pueden reducir el requisito de agua de una mezcla de

concreto para una trabajabilidad dada, como regla práctica, en

aproximadamente 10%.

• La adición de un plastificante posibilita alcanzar una resistencia dada con un

menor contenido de cemento.

• Los plastificantes pueden mejorar la bombeabilidad.

c) Consideraciones prácticas.

• Varios plastificantes contienen un retardador y pueden causar problemas si

se aplican en dosis mayores.

• Algunos plastificantes contienen cloruros que pueden incrementar el peligro

de corrosión del acero de refuerzo.

• Mientras que algunos plastificantes transportan cantidades variables de aire,

otros son razonablemente consistentes en la cantidad de aire que transportan.

• Donde los plastificantes se usan para incrementar la trabajabilidad, la

contracción y la fluencia, de manera invariable, serán incrementadas.

2. SUPERPLASTIFICANTES

Estos aditivos son químicamente distintos de los plastificantes normales y aunque

su acción es casi la misma, es más marcada.

Cuando se usan para producir concreto fluido puede esperarse una pérdida rápida de

trabajabilidad y, por tanto, éstos deben ser agregados justo antes de la colocación.

De modo usual, los súper plastificantes son compuestos químicos como

formaldehído de melanina sulfonatada, formaldehído- do naftaleno sulfonatado y

lignosulfonatos modificados.

a) Dosificación

La dosis normal de un superplastifante está entre 750 ml y 2500 ml por cada 100

kg de material cementante.

b) Usos

Los súper plastificantes se usan con mayor ventaja:

• En áreas de refuerzo congestionado.

• En donde una consistencia autonivelante facilita la colocación.

• Para concreto de alta resistencia, disminuyendo la relación agua: cemento

como resultado de reducir el contenido de agua en 15-25%.

c) Consideraciones practicas

• Deben de diseñarse mezclas especiales para los superplastificantes y su uso

debe ser cuidadosamente controlado.

• El efecto de un súper plastificante puede desaparecer tan rápido como en 30

minutos después del mezclado.

• Éstos tienen un costo unitario relativamente alto.

• En donde se usan superplastificantes para producir muy alta trabajabilidad,

la contracción y la fluencia serán incrementadas.

3. INCLUSORES DE AIRE

Un agente inclusor de aire introduce aire en forma de diminutas burbujas

distribuidas de modo uniforme a través de toda la pasta de cemento. Los tipos

principales incluyen sales de resinas de madera, grasas y aceites animales y

vegetales, e hidrocarburos sulfonatados.

a) Dosis

La dosis típica para los agentes inclusores de aire está entre 50 ml y 150 ml por

cada 100 kg de material cementante.

b) Usos

• En donde se requiera una resistencia mejorada del concreto endurecido

contra los daños causados por congelación y deshielo.

• Para una trabajabilidad mejorada, en especial, en mezclas gruesas o pobres.

• Para reducir el sangrado y la segregación, sobre todo cuando una mezcla

tiene un déficit de finos.

c) Consideraciones practicas

• La inclusión de aire puede reducir la resistencia del concreto y la sobredosis

puede causar una pérdida importante de la resistencia. Como una regla

práctica, un 1% de aire puede causar una pérdida de resistencia de 5%. Por

tanto, es importante que las mezclas sean especialmente diseñadas para la

inclusión de aire y que el porcentaje de aire incluido durante la construcción

se monitoree.

• Puesto que las dosis son pequeñas, se requiere de despachadores especiales y

un monitoreo exacto.

• Diferentes tipos y fuentes de cemento pueden dar como resultado la

introducción de otras cantidades de aire para la misma dosis y proporciones

de la mezcla.

• Un cambio en el contenido del cementante, en la granulometría o en las

proporciones de las fracciones de finos de arena normalmente alterará el

volumen de aire incluido.

• La cantidad de aire incluido puede depender de la fuente y granulometría de

la arena en el concreto.

• Las mezcladoras de acción forzada transportan volúmenes más grandes de

aire que otros tipos.

• El incremento de la temperatura ambiente tiende a reducir el volumen de

aire incluido.

• El uso de escoria de alto granulada y molida (GGBS: ground granulated

blastfurnace slag) y de ceniza volante (FA: fly ash) tiende a disminuir la

cantidad de aire incluido.

• La duración del mezclado puede también afectar el contenido de aire

4. ACELERADORES

Estos aditivos aceleran la reacción química del cemento y el agua, y de este modo

aceleran la tasa de fraguado y/o la ganancia temprana en la resistencia del concreto.

Entre los tipos principales de aceleradores están el cloruro de calcio, el formiato de

calcio, ceniza de sosa, cloruro de potasio y varios materiales orgánicos. El cloruro

de calcio parece ser el único predecible, de modo razonable, en su desempeño, pero

tiende a promover la corrosión del acero en el concreto

a) Dosis

Cloruro de calcio: 2% en masa de todos los materiales cementantes. El polvo o

las hojuelas del cloruro de calcio deben ser añadidos a, y disueltos en agua, la

cual debe ser mantenida agitada. Esta solución debe despacharse con el agua de

mezclado. También, se encuentra disponible una solución de cloruro de calcio.

Por eso, consulte las indicaciones del proveedor respecto a la dosis.

Aceleradores sin cloruros: de 500 ml a dos mil ml por cada 100 kg de material

cementante.

Los aceleradores de concreto lanzado reaccionan casi instantáneamente,

causando rigidez, fraguado rápido y endurecimiento rápido del concreto

lanzado. Consulte las indicaciones del proveedor respecto a la dosis

b) Usos

• Cuando se requiere de fraguado rápido y altas resistencias tempranas (por

ejemplo, en la profundización de pozos).

• Cuando se requiere la reutilización rápida de moldes o de cimbras.

• Cuando el colado del concreto tenga lugar bajo condiciones muy frías

c) Consideraciones practicas

• Ciertos aceleradores pueden incrementar la contracción por secado, el

agrietamiento y la fluencia.

• Pueden causar menores resistencias a flexión.

• Muchos aceleradores en base de cloruros promueven la corrosión del acero

de refuerzo.

• El cloruro de calcio no debe usarse en:

concreto reforzado.

estructuras para retener agua.

concreto presforzado.

concreto curado a vapor.

• La sobredosis con estos materiales puede causar un retraso marcado.

• Los aceleradores trabajan más efectivamente a bajas temperaturas

ambientales.

5. RETARDADORES

Estos aditivos disminuyen la velocidad de la reacción química del cemento y el

agua conduciendo a tiempos más largos de fraguado y ganancia de resistencia

iniciales más lentas. Los retardadores más comunes son los ácidos carboxílicos

hidroxilados, bórax, lignina, azúcar y algunos fosfatos.

a) Dosis

Las dosis típicas para los retardadores están entre 150 ml y 500 ml por cada 100

kg de material cementante

b) Usos

• Cuando se cuela concreto en clima caliente, en particular cuando el concreto

es bombeado.

• Para evitar juntas frías debido a la duración de la colocación.

• En concreto debe transportarse durante un largo tiempo.

c) Consideraciones practicas

• Si una mezcla tiene una sobredosis más allá del límite recomendado por el

proveedor, el retardo puede durar días.

• Los retardadores con frecuencia incrementan la contracción plástica y el

agrietamiento por asentamiento plástico.

• La adición atrasada de los retardadores puede resultan en un retardo más

prolongado.

E. NORMALIZACION

Tanto las normas peruanas como las norteamericanas del ASTM que les sirven de

antecedentes, 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 el mercado.

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 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.

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 comportamiento 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, deformación y resistencia.

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 elementos precitados

Los lignosulfonatos son materiales complejos obtenidos del proceso de producción de

pulpa de papel de la madera.

Los ácidos hidroxicarboxílicos tienen en su molécula grupos hidroxilos y carboxilos.

Estos productos tienen diferentes 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 formato 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.

Generalmente se evalúa previamente la posibilidad de obtener el comportamiento requerido

modificando el diseño de mezclas, evaluando la opción más favorable económicamente.

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 Inda 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 formaldehido 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%, los 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 del extracto seco, el valor del

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 cuál es la característica principal del concreto que es modificada por el aditivo,

cuales son las características secundarias que son modificadas en menores medidas y cuáles

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.

En los casos de aditivos reductores de agua, con función de acelerar o retardar el fraguado.

(Especialmente en los del tipo de alto rango) vieron evaluar la compatibilidad del aditivo

con el cemento utilizado, al efecto debe tenerse en cuenta que los cementos varían la

composición de sus constituyentes mineralógicos, aluminato y el silicato tricálcico y los

álcalis solubles.

F. USO DE LOS ADITIVOS

Los aditivos se dosifican hasta en un 5% del peso de la mezcla y comúnmente son usados

entre el 0.1 % y 0.5 % del peso del cemento.

La utilización de aditivos no debería, con toda objetividad ser subestimada o

menospreciada.

Las razones más comunes para usar aditivos en el concreto son:

• Incrementar la trabajabilidad, sin cambiar el contenido de agua.

• Reducir el contenido de agua, sin cambiar la trabajabilidad.

• Así mismo, efectuar una combinación de lo anterior.

• Ajustar el tiempo de fraguado.

• Además, reducir la segregación y/o el sangrado.

• Mejorar la bombeabilidad.

• Acelerar la tasa de desarrollo de resistencia a edades tempranas.

• Incrementar la resistencia.

• Mejorar la durabilidad potencial y reducir la permeabilidad.

• Disminuir el costo total de los materiales usados en el concreto.

• Compensar las pobres propiedades del agregado.

G. ALMACENAMIENTO Y MANEJO

La mayoría de los aditivos son soluciones acuosas de químicos activos biodegradables.

Estos dos factores definen las reglas generales para el almacenamiento.

Los aditivos deben protegerse contra la congelación, pues la mayoría tienen puntos de

congelación a, o por debajo de 0°C. Cuando un aditivo se congela, los químicos se

cristalizan fuera de la solución y no regresan con rapidez a la solución al descongelarse.

También, es necesario proteger los aditivos contra el calor, pues su degradación se acelera a

temperaturas elevadas.

Los aditivos deben almacenarse fuera de los rayos directos del sol y lejos de otras fuentes

de calor. Muchas compañías de aditivos proporcionan empaques de colores ligeros y

reflectantes para que los aditivos puedan reducir la absorción de calor.

Por lo general, los aditivos contienen preservativos para reducir la biodegradación y

extender la vida de anaquel. A pesar de esto, la actividad y efectividad de un aditivo

gradualmente disminuirán con el tiempo. Por tanto, deben usarse en base al principio de

que “el que llega primero sale primero”.

Los aditivos normalmente son almacenados en el sitio en tambores de 200 litros o en

tanques de almacenamiento en grandes cantidades. Con frecuencia los proveedores de

aditivos proporcionan, dan servicio y mantenimiento a los tanques de almacenamiento para

líquidos en volumen. Los tambores deben ser manejados con cuidado.

H. SEGURIDAD EN EL MANEJO DE ADITIVOS

Aunque la mayoría de los aditivos no son peligrosos para la salud, ciertos aditivos son

cáusticos por naturaleza y algunos pueden ser inflamables. Los siguientes procedimientos

de seguridad se aplican a todos los aditivos.

* Evite el contacto con los ojos, la boca y la piel, pues todos los químicos deben

considerarse como tóxicos y corrosivos. La contaminación debe ser lavada de inmediato

con mucha agua limpia y removerse toda la ropa contaminada, lavándola.

* Busque el consejo médico en casos de seria contaminación en los ojos, ingestión o

inhalación excesiva de los humos.

* El derrame de los aditivos causará que áreas del piso se vuelvan resbalosas e inseguras.

Los desparrames deben lavados de inmediato con agua por medio de una manguera para

evitar accidentes.

IV. CONCLUSIONES

En este trabajo de investigación se ha llegado a las siguientes conclusiones:

1. Los aditivos son químicos que se agregan al concreto en la etapa de mezclado para

modificar algunas de las propiedades de la mezcla que nunca deben ser considerados un

sustituto de un buen diseño de mezcla, de buena mano de obra o del uso de buenos

materiales.

2.

V. BIBIOGRAFIA

ADITIVOS PARA CONCRETO, revisado 15/07/15. Disponible en:

http://www.uae.edu.sv/docs/investigacion/USO%20DE%20ADITIVOS%20PARA

%20CONCRETO.pdf

http://www.imcyc.com/revistact06/julio06/TECNOLOGIA.pdf

http://ingecivilcusco.blogspot.com/2009/07/aditivos-aspectos-generales.html