CARLOS ARCOS d'HAINAUT, Investigador IDIEM

684-7

S i n o p s i s Se presenta una recapitulacin de los hormigones con aire incorporado. Se resumen algunos puntos fundamentales de los mecanismos y factores que influyen en la incorporacin de aire, as como sus principales efectos en las propiedades del hormign.

INTRODUCCIN

Hace ya cerca de cuarenta aos se observ que algunas zonas de una carretera ubica-da en un clima fro de los EE. UU. resistan en mejor for-ma que otras a la accin de la intemperie, particularmente a la desintegracin producida por el congelamiento del agua en el hormign endurecido. Fue un descubrimiento fortui-to el que dio el primer paso a la investigacin y posterior utilizacin racional de los hor-migones con aire incorporado. Hoy da se conoce bien su tcnica de fabricacin, los

factores en los que influye y sus efectos. De todos los hor-migones especiales, los que contienen aire incorporado se encuentran entre los ms em-pleados; puede ser porque no varan fundamentalmente las condiciones de fabricacin con respecto a la de los hor-migones tradicionales, aa-dindoles una cualidad impor-tantsima: la durabilidad.

En general, en casi todas las obras corrientes de hormign puede emplearse hormign con aire incorporado, como, por ejemplo, pavimentos de carreteras y aeropistas, obras viales, martimas e industria-les (aparte de considerar la accin qumica), hidrulicas y edificacin en general. Su empleo es particularmente re-comendable en todos los ca-sos en que el hormign va a estar sometido a la accin de la intemperie o climas artifi-ciales fros con temperatura extrema inferior a 4 C.

EL AIRE EN EL HORMIGN

El aire en el hormign es un agregado que entra como componente del hormign, adems de los bsicos ce-mento, agua y ridos. Este aire puede encontrarse como elemento accidental aire atrapado o como elemento intencional aire incorpora-do.

Todos los hormigones contie-nen cierta cantidad de aire

87 Consejo Superior de Investigaciones Cientficas Licencia Creative Commons 3.0 Espaa (by-nc)

http://informesdelaconstruccion.revistas.csic.es

ocluido, el cual no aporta ca-ractersticas favorables, sino que, por el contrario, desme-jora el hormign en algunos aspectos, ya que produce po-rosidades, canalculos y va-cos. Ellos pueden interconec-tarse entre s, produciendo un hormign ms permeable y, por lo tanto, ms propenso a ser destruido por ataque de agua, aguas agresivas y con-gelamiento del agua. La for-macin de estos vacos puede ser influenciada por la forma del rido, la dosis de cemen-to, las proporciones de la mezcla, la razn agua-cemento y por los mtodos de compac-tacin (1), (2), (3), (4). Si confeccionamos un hormign que cumpla con la condicin de ser una mezcla aceptable, el aire ocluido puede ser eli-minado en gran parte por una eficiente compactacin, lle-gando a valores normales de alrededor de 1 % en volumen.

El aire adicionado intencional-mente participa en el hormi-gn como otro agregado de la mezcla, agregado que cambia las caractersticas tanto del hormign fresco como del hor-mign endurecido. La incorpo-racin de aire parece tener mayores ventajas que desven-tajas. Es as como en oases de tecnologa avanzada casi no se conciben los hormigo-nes sin aire incorporado.

El aire incorporado son bur-bujas de aire de tamao pe-queo y variable, aproximada-mente de 25 a 250 um, conte-nidas y repartidas uniforme-mente en la masa, que perma-necen estables en el hormi-gn fresco y endurecido, pro-porcionando caractersticas definidas.

Estas burbujas se producen por disminucin de la tensin superficial del agua mediante un agente que promueve su formacin y permite su esta-

bilidad durante el proceso de fabricacin, fraguado y endu-recimiento (5), (6), (7).

Como agente incorporador de aire podemos aadir un adi-tivo durante la fabricacin del hormign. Podramos pensar que para cumplir los requeri-mientos en cuanto a cantidad de aire basta slo introducir el aditivo. Pero el problema no es tan simple. A diario po-demos ver con cuntas difi-cultades se encuentra una obra de hormign tradicional para cumplir las exigencias. En este caso el problema se agudiza, ya no son slo los factores ms conocidos los que nos hacen variar la cali-dad del hormign. Ellos se han multiplicado. En todos los hormigones se exige, por una parte, resistencia, y ahora, por otra, cantidad de aire. Los factores de los cuales stas dependen son muchos, algu-nos de los cuales trataremos de exponer.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CANTIDAD DE AIRE INCORPORADO

Aditivo

La naturaleza y composicin del aditivo influye sobre la cantidad de aire incorporado, el tamao de las burbujas, su espaciamiento, su estabilidad en la masa y su resistencia elstica para conservarse y permanecer en el hormign. Tambin puede ser ms o me-nos sensible a reaccionar con alguno de los compuestos del cemento, con el agua, con los ridos, con otros aditivos, y aun con impurezas orgnicas presentes generalmente en los ridos.

Por otra parte la dosis de adi-tivo influye en forma directa y proporcional, con ciertos l-mites, en la cantidad de aire incorporado. Para una mezcla dada el aumento de la dosis de aditivo incorpora mayor cantidad de aire. Cada aditivo posee un lmite mximo des-pus del cual cualquier au-mento en la dosis no refleja una mayor cantidad de aire incorporado (5), (7), (8), (9), (10), (11).

Cemento

Los cementos pueden tener diversas proporciones en sus componentes fundamentales y muy variadas caractersticas. Su naturaleza influye en la cantidad de aire incorporado

Consejo Superior de Investigaciones Cientficas Licencia Creative Commons 3.0 Espaa (by-nc)

http://informesdelaconstruccion.revistas.csic.es

micas las mezclas) y, por lo tanto, menor ser el conteni-do de mortero por m^ de hor-mign y menor el contenido de aire del hormign. Es la misma razn por la que las normas recomiendan cierto contenido de aire segn sea el tamao mximo del rido que se use.

desde el punto de vista de los compuestos, como sulfatos, lcalis y puzolanas. La finura influye de tal modo que ce-mentos ms finos incorporan menos cantidad de aire. El aumento de la dosis de ce-mento incorpora tambin me-nor cantidad de aire porque el hormign es entonces ms cerrado y su porosidad dismi-nuye (1) , (2) , (3) , (5) , (9) , (12).

RAZN AGUA-CEMENTO La relacin agua-cemento in-fluye no slo en la cantidad de aire incorporado sino tam-bin en la distr ibucin de las burbujas, su tamao y su es-tabil idad en el hormign. Su influencia est relacionada en forma directa y proporcional. A mayor relacin agua-cemen-to, mayor es el contenido de aire incorporado, para un m-ximo en hormigones de con-sistencia blanda. En mezclas muy secas es ms difci l in-corporar aire, o ms bien pue-de formarse aire accidental. En mezclas muy fluidas se ob-tendra aire incorporado ines-table, las burbujas se distr i -buiran en forma irregular en la masa y la compactacin fa-cil i tara que stas escaparan del hormign (5), (6) , (13), (14).

ridos Los ridos, ya sea fino o grue-so, influyen de manera impor-tante en la cantidad de aire incorporado.

El rido fino influye principal-mente segn su forma y gra-nulometra. Algunas investiga-ciones (5) han demostrado que cierto tamao de partcu-las son las que ayudan a in-corporar ms aire. Las arenas con grano muy fino se com-portan en forma similar a un aglomerante haciendo que el hormign resultante sea ms compacto.

El comportamiento del rido grueso y su influencia es algo diferente.

Si pensamos que el aire est contenido en el mortero, y que para obtener una mezcla bien dosificada el hormign debe contener cierta cantidad de mortero por m^ de hormi-gn elaborado, puede demos-trarse que cuando aumenta el tamao mximo del rido, ma-yor es su volumen compacto (de ah el por qu se utiliza el mayor tamao mximo po-sible para hacer ms econ-

S la proteccin del hormign confeccionado con ridos no porosos se consigue con bur-bujas de aire contenidas en el mortero, y a mayor propor-cin aire-mortero se obtiene mejor proteccin, se plantea por qu el aire incorporado se especifica en el hormign. La explicacin ms obvia es que lo que se fabrica es el hormi-gn y resulta prcticamente difci l medir el aire incorpo-rado del mortero del hormi-gn; se puede s, conociendo la composicin del hormign, calcular el aire incorporado del mortero.

Si dos hormigones continen la misma proporcin de aire, es posible que uno de ellos sea ms resistente a los agentes externos. An puede producirse el caso de que un hormign contenga menos aire incorporado que otro y. en cambio, ofrezca mejor pro-teccin. La explicacin est en que el hormign que con-tiene menos aire incorporado posee una proporcin aire-mortero que lo hace ms re-sistente a los agentes exter-nos.

Tambin es falso suponer que disminuyendo el tamao m-ximo del rido grueso se ob-tiene mejor proteccin por aumentar el contenido de aire del hormign. Es cierto que aumenta este contenido de aire, pero eso no significa que haya aumentado el contenido de aire del mortero; aument s la proporcin mortero-hor-mign.

89 Consejo Superior de Investigaciones Cientficas Licencia Creative Commons 3.0 Espaa (by-nc)

http://informesdelaconstruccion.revistas.csic.es

tiempo de vibrado. Cuando es necesaria una vibracin muy prolongada, las burbujas, es-pecialmente las de tamao mayor, tienden a escapar au-mentando la densidad y dis-minuyendo la cantidad de aire incorporado (1), (5), (9), (13), (16).

obtener un hormign ms tra-bajable; su efecto ms impor-tante es sobre sus caracters-ticas de durabilidad.

Se puede concluir que el ri-do grueso se comporta sola-mente como desplazador de volumen en el hormign; de ah que, segn sea el tamao mximo del rido, se reco-miende un contenido de aire incorporado mnimo en el hor-mign para protegerlo sufi-cientemente (3), (5), (15).

MEZCLADO Y COLOCACIN

El modo, energa y tiempo de mezclado, el tipo de mezcla-dora y el volumen de hormi-gn amasado son algunos de los factores que pueden in-fluir en el contenido de aire incorporado. La cantidad de burbujas debe variar durante el mezclado, tendiendo a des-aparecer las ms grandes. En el hormign premezclado el contenido de aire puede dis-minuir despus de cierto tiem-po. Con las caractersticas fi-jas del mezclado puede de-terminarse el tiempo ptimo para obtener la mejor propor-cin de aire incorporado.

El tiempo transcurrido entre el amasado y la colocacin in-fluye en la cantidad de aire, ya que ste puede disminuir por disolucin de las burbu-jas; lo mismo ocurre con el

EFECTOS DEL AIRE INCORPORADO EN EL HORMIGN

Son diversos los efectos que produce el aire incorporado, tanto en el hormign fresco como en el hormign endure-cido. Los principales actan sobre la docilidad, la durabi-lidad y la resistencia. Otros son generalmente consecuen-cia de stos (1), (4), (5), (9), (10), (11), (16), (18), (19).

Docilidad

El aire incorporado mejora la docilidad del hormign fresco. Las burbujas se comportan como un agregado ptreo elstico, reemplazando los granos de arena muy finos, o agregando dentro de la granu-lometra total de los compo-nentes del hormign cierto ta-mao comprendido entre los granos de cemento y los de la arena. Esto permite, al tra-bajar hormigones con aire in-corporado, una reduccin en la cantidad de arena, un me-joramiento de las caracters-ticas reolgicas del hormign fresco, con lo cual es posible disminuir la demanda de agua para obtener igual trabajabili dad. Tambin se reduce la exudacin y la segregacin. Su efecto es ms significativo en mezclas pobres (1), (4). La consecuencia del aire in-corporado sobre la docilidad es una coincidencia favorable, pero no la principal. El agre-gar un agente incorporador de aire no se debe hacer para

Durabilidad

El efecto del aire incorporado sobre la durabilidad est bas-tante comprobado (1), (5), (9), (17), (20), (21). Los hor-migones con aire incorporado poseen mejor comportamien-to a la accin producida por los ciclos de hielo y deshielo. Las burbujas de aire reparti-das en la masa cortan la red de capilares actuando como cmaras de expansin, donde el agua al congelarse puede aumentar su volumen sin pro-ducir tensiones internas. Las burbujas mejoran la imper-meabilidad, reducen la absor-cin y la ascensin capilar de los lquidos. La incorporacin de aire permite trabajar con relaciones agua-cemento ba-jas, de manera que la permea-bilidad disminuye ya que las burbujas distribuidas en el hormign forman una red de canales estanca. As, el mejo-ramiento de la impermeabili-dad del hormign hace aumen-tar la resistencia a las hela-das y al ataque de aguas agre-sivas.

Resistencia

Comprobamos, por las nume-rosas investigaciones y por la infinidad de datos analizados en ellas, que la resistencia del hormign vara en forma in-versa con la relacin agua-ce-mento.

Para una relacin agua-cemen-to determinada, la resistencia del hormign variar con el

90 Consejo Superior de Investigaciones Cientficas Licencia Creative Commons 3.0 Espaa (by-nc)

http://informesdelaconstruccion.revistas.csic.es

porcentaje de aire incorpora-do. Cuando aumenta la canti-dad de aire, decrece la resis-tencia del hormign. La razn est dada por una disminu-cin de la seccin real produ-cida por las burbujas de aire y por una concentracin de tensiones en la zona de la bur-buja. La magnitud del decre-

cimiento de la resistencia tambin depende de la forma de las burbujas, promoviendo para cierto t ipo de burbuja la propagacin de fisuras en el hormign que reducirn su re-sistencia (17), (18).

El aire incorporado en el hor-mign con dosis de cemento constante permite reducir la cantidad de agua, con lo que se reduce la relacin agua-ce-

mento. As es entonces cmo la reduccin de resistencia producida por el aire incorpo-rado es compensada en parte por el aumento de resistencia debido a la disminucin de la relacin agua-cemento.

1. AMMANN, A., Le bton air occius. Revue Sika, nm. 14, junio 1952.

2. BUREAU OF RECLAMATION, Manual Norteamericano del Hormign, Dossat, Madrid, 1952.

3. HUMMEL, A., Prontuario del hormign. ETA, Barcelona, 1966.

4. DE LA PEA, C, La docilidad del hormign y su medida. Instituto Tcnico de la Cons-truccin y del Cemento, Ma-drid, 1951.

5. VENUAT, M., Adjuvants et trai-tement des mortier et btons. Centre d'Etudes et de Recher-ches de ['industrie des Llants Hydrauliques, Pars, 1971.

6. IBRACON, Instituto Brasileiro de Concreto, Aditivos para concreto massa. Coloquio Pa-raguayo Brasileiro sobre tecno-loga de concreto massa, julio 1974.

7. CALLEJA, J., Aditivos para el hormign. Instituto del Ce-mento Portland Argentino, se-rie R, nm. 57, 1971.

8. GONNERMAN, H. F., Test of concrete containing air-entrain-

ing portland cement or air-en-training materials added to batch at mixer. Journal of ACI Proceeding, vol. 40, nm. 10, junio 1944.

9. COMMITTE ACI-212, Cuide for use of admixture in concrete. Journal of ACI Proceeding, vo-lumen 68, nm. 9, septiembre 1971.

10. RILEM COLOQUE, Adjuvants des mortiers et btons. Ma-triaux et Constructions, volu-men 1, nm. 2, abril-mayo 1968.

11. VARIOS AUTORES, Origin, evolutions and effects of the air void system in concrete, partes 1, 2 y 3. Journal of ACI, vol. 30, 1958.

12. WALKER, S., Studies of con-crete containing entraining-air. Journal of ACI, vol. 17, nm. 6. junio 1946.

13. HIGGINSON, E., Some effects of vibration and handng on concrete containing entraining-air. Journal of ACI, septiem-bre 1952.

14. SCRIPTURE, E., and TWINO-WICS, F., Some factors affect-ing air entraining. Journal of ACI, febrero 1949.

15. COMMITTE ACI-613, Recom-mended practice for selecting

proportions for concrete. ACI Manual of Concrete Practice, parte 1, 1972.

16. I N G E N I E R A INTERNACIONAL CONSTRUCCIN. Empleo del hormign con aire arrastrado. Informe especial, septiembre 1950.

17. POPOVICS, S., Effects of poro-sityon the strenght of concre-te. Journal of Materials, vol. 4, nm. 2, junio 1969.

18. MARTIN, B., and HAYNES, R., Theoretical analysis of the effects of air voids in concre-te. Journal of ACI, vol. 68, nm. 1, enero 1971.

19. RILEM-ABEM, Colloque Inter-national sur les adjuvants des mortiers et btons. Simposio Rilem-Abem, Bruselas, 1957.

20. KLIEGER, P., Studies of the effect of entraining air on the strenght and durability of con-crete made with various sizes of aggregate. Portland Cement Association, Bulletin nm. 40, octubre 1952.

21. PREZ PAHISA, M., Los airean-tes y aeroplastificantes prote-gen al hormign contra las he-ladas. Revista Afinidad, volu-men XXXV, nm. 259, septiem-bre 1968.

r e s u m e Quelques aspects des btons air occius Carlos Arcos d'Hainaut

II s'agit d'une rcapitulation des btons air occius. On resume quelques points fon-damentaux des mcanismes et des facteurs qui influent sur l 'occlusion de I'air, ainsi que ses principaux effets sur les proprits du bton.

s u m m a r y Some aspects of concretes with air inclusin Carlos Arcos d'Hainaut

A rcapitulation of concretes wi th air in-clusin is presented. The basic points of the mechanisms and factors that influence the air inclusin are summarized, as well as their main effects on the properties of concrete.

zusammenfassung Einige Gesichtspunkte bezglich Betone mith Lufteinschiiessung Carlos Arcos d'Hainaut

Es wird eine kurze Wiederholung in Bezug auf Betn mit Lufteinschiuss prsentiert. Die grundiegenden Punkte der Faktoren und der Getriebeanordnungen, die die Lufteinschiies-sung beeinflussen, werden zusammengefasst, wie auch ihre Hauptwirkungen auf die Be-toneigenschaften.

Consejo Superior de Investigaciones Cientficas Licencia Creative Commons 3.0 Espaa (by-nc)

http://informesdelaconstruccion.revistas.csic.es