Hormigón y Concreto

•Plastificantes•Superplastificantes•Ultrasuperplastificantes•Adiciones coloidales : Silíca coloidal (nano sílice)•Ultimas tecnologías

FAMILIA ADITIVOS

Composición de hormigón

-Cemento Portland

-Agua

-Aditivos

-Agregados grueso y fino

Concreto bombeable

Pasta de cemento (Dispersión Coloidal :cemento, Agua y aditivos)

La composición y calidad de la pasta de cemento controlan las características del hormigón, entre ellas

•Reologia•Relación Agua/Cementante (R.A/C)•Porosidad•Resistencia mecánica•Resistencia química•Durabilidad

reológicas del hormigón fresco

La ionización de los filamentos del aditivo produce la separación de losgranos de cemento entre sí, conduciendo a una efectiva defloculación. Losgranos de cemento quedan individualizados y defloculados, facilitándose aunmás el mojado, lo que produce una hidratación y reducción del esfuerzo decizalle necesario para poner en movimiento el hormigón fresco, lo que explicasu efecto como plastificante.

Por otro lado las moléculas del aditivo son absorbidas y se orientan en lasuperficie de los granos de cemento en un espesor de varias moléculas, de loque resulta una lubricación de las partículas. Este mecanismo puede producirincorporación de aire en forma de micro-burbujas esféricas, al evitar que elaire atrapado se disuelva o salga a la superficie, actividad que aumenta con lalongitud de la cadena molecular. El efecto de incorporación de aire nosiempre se ve expresado en un mayor volumen de aire al hacer el ensayo enun aerímetro, pues se supone que el aditivo convierte el aire atrapado enburbujas microscópicas retenidas en su masa, las que actúan comorodamiento entre las partículas sólidas, contribuyendo al aumento de ladocilidad del hormigón.

Reología

La reología de las pastas se mide con un viscosímetro rotacional, pero por cuestiones económicas se mide indirectamente con un cono para flujo miniSlump, flujo libre, en el caso de las pastas y morteros y en el caso del hormigón , con el cono de Abrams para Slump

Flujo Slump Cono Abrams

El cemento portland contiene silicatos y aluminatos de calcio formados mediante una secuencia de procesos térmicos y químicos, incluyendo la descomposición de la caliza, la reacción con otros materiales tales como la arcilla, el mineral de hierro y la arena.

La composición química del cemento portland se expresa en forma de óxidos:

Óxidos principales por su función y cantidad: Cal (CaO), sílice (SiO2), alúmina (Al2O3), óxido férrico (Fe2O3)

Óxidos secundarios, más por su cantidad que por su función: Magnesia (MgO), anhídrido sulfúrico (SO3), cal libre (CaO libre), alcalis (Na2O y K2O).

CEMENTO PORTLAND

Las fases mineralógicas que componen el cemento son básicamente las siguientes:

3CaO.SiO2 = Ca3SiO2 = C3S = Silicato Tricálcico2CaO.SiO2 = Ca2SiO2 = C2S = Silicato Dicálcico

3CaO.Al2O3= Ca3Al2O3= C3A= Aluminato Tricálcico4CaO.Al2O3.Fe2O3 = Ca4Al2O3.Fe2O3 = C4AF =

Aluminoferrito Tetra cálcico CaO.SO3.2H2O = CaSO4.H2O =CSH2 = Yeso Dihidratado

REACCIONES QUÍMICAS DE HIDRATACIÓN

• La primera reacción que ocurre cuando se mezclan el cemento y el agua es la hidratación del C3A, formando rápidamente hidratos de aluminato tricálcico.

• Esto puede ocurrir tan rápidamente que el concreto puede volverse espeso al cabo de muy pocos minutos e inmanejable debido al calor emitido.

• Al hidratarse el cemento, los minerales principales fraguan y endurecen bajo la acción del agua.

Las reacciones de hidratación consisten en la formación de productos, unoscristalinos y otros amorfos (geles), cuya contextura es responsable de la unióndel conglomerante y también de las propiedades físicas que lleva consigo estaunión tales como la resistencia mecánica, la estabilidad de volumen unida alefecto térmico y la estabilidad química o durabilidad frente a agentesagresivos de tipo químico.

Las dos reacciones que controlan el fraguado en el cemento son:

C3A + 3 CSH2 + 26 H C6AS3H32 (Etringita, trisulfoaluminato)

2 C3A + C6AS3H32 + 4H 3 C4ASH32 (monosulfoaluminato)

El desarrollo de la resistencia del concreto resulta de la hidratación de lasfases silicato de calcio, C3S y C2S. Ambos silicatos se combinan con agua paraformar el silicato de calcio tipo gel hidratado o C-S-H cuya contextura esresponsable de la unión de la estructura principal del sólido y del aumentodel endurecimiento con el correr del tiempo.

2 C3S + 6H C-S-H + 3 CH

2 C2S + 4H C-S-H + CH

Gel C-S-H

Portlandita Ca(OH)2

Aditivos•Igual de importantes que el cemento en las dispersiones coloidales

•En la actualidad es donde mayor se centran las investigaciones

•Igual que los emulsificantes los hay de varios tipos: Plastificantes, superplastificantes y

Hiperplastificantes.

•Con el fin de controlar el tiempo de fraguado y demás características del concreto, se utilizan aditivos que de acuerdo a su función se denominan retardantes, acelerantes, plastificantes, impermeabilizantes, entre otros.

•Según la norma NTC 1299, los aditivos químicos son los ingredientes producidos industrialmente y en condiciones controladas que se agregan a la mezcla de concreto, diferentes al agua, cemento portland y agregados, para modificar una o varias de sus propiedades.

Bajo cualquier circunstancia los aditivos deben

influir positivamente en la calidad del concreto

solucionando diferentes problemas y

satisfaciendo diferentes requerimientos sin

deterioro de la resistencia y durabilidad del

material y las estructuras con él construidas.

Un aditivo solo debe emplearse después de

conocer sus efectos. El empleo de un aditivo

adecuado puede influir en más de una

propiedad del concreto, afectando, en

determinados casos, a ciertas características

importantes de un modo favorable o adverso.

EFECTOS DE LOS ADITIVOS EN

EL CONCRETO

El empleo correcto de los aditivos permite:

Modificar o mejorar:

La reología del concreto fresco.

El fraguado y el endurecimiento.

Las resistencias mecánicas a ciertas edades.

Las resistencias a las acciones físicas, mecánicas y

químicas.

El contenido de aire o gases del concreto.

Ampliar el campo de aplicación del concreto.

Poder disminuir el costo del concreto.

Vaciado de concreto

sin aditivo

Vaciado de concreto

con aditivoPrefabricados

Plastificantes

Llamados así por que plastifican o reducen la cantidad de agua en un concreto u hormigón, alcanzando una reducción de un 5 a un 12 %

•Principal mecanismo de estabilización es electrostático

•R.A/C relativamente altas: 0.5-0.7

•Los mas conocidos son a base de ligninas , carbohidratos y ácidos hidrocarboxilicos, etc

•Desarrollados entre 1930 y 1960

Plastificantes

Superplastificantes

Llamados así por que plastifican o reducen la cantidad de agua en un concreto u hormigón, alcanzando una reducción de un 15 a un 25 %

•El mecanismo de estabilización es electrostático

•R.A/C relativamente altas: 0.45-0.6

•Concretos Alto Desempeño

•Los mas conocidos son a base de Naftalen Sulfonados condensados de formaldehido, Melamina sulfonada condensada de formaldehido, son de bajo peso molecular,etc

•Desarrollados entre 1960 y 1980

Superplastificantes

Dispersantes iónicos

Dispersión Electrostática

Híper-plastificantes

Llamados así por que plastifican o reducen la cantidad de agua en un concreto u hormigón, alcanzando una reducción hasta de un 45 %

El mecanismo de estabilización es estérico y electro estérico (poli electrólitos)

•R.A/C relativamente altas: 0.30-0.45

•Concretos Autocompactantes (HAC)

•Los mas conocidos son a base de Policarboxilatos (PC), Nano sílice (PCE) y combinaciones hechas a la medida de acuerdo a la necesidad, etc.

•Desarrollados a partir de 1990

Hiperplastificantes

Los aditivos de última generación que permite reducirhasta un 45% el agua de amasado. Incluye tecnologíaNANOSÍLICE que permite una perfecta dispersión enla masa del hormigón, la que rellena los espaciosentre partículas de cemento y áridos finos confiriendocaracterísticas de impermeabilidad y mayordurabilidad a la estructura al reducir la relaciónagua/cemento, junto con mejorar su trabajabilidad yelevar sus resistencias mecánicas

Base química Algunos aditivos

Grupo Carboxílico -COONa

Cadena principal

Cadena principalGrupo Naftaleno ( NS)

Cadena lateral corta de óxido de Etileno (EO)

Grupo Policarboxilato ( PC )

Grupo Sulfonato -SO3Na

Estructura Básica Molecular

100

200

300

400

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Dosis (% en cemento)

Flu

jo (

mm

)

Grupo Nanosílice (PCE)

Grupo Naftaleno (NSF)

Grupo Policarboxilato (PC)

Capacidad dispersante de los aditivosCono flujo ASTM 230 (111-112) RA/C= 0.30

100

200

300

400

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Flu

jo (

mm

)

Grupo Policarboxilato (PC)

Grupo Naftaleno (NSF)

Dosis (% en cemento)

Capacidad dispersante de los aditivosCono flujo ASTM 111-112) RA/C= 0.20

Grupo Nanosílice (PCE)

0

2

4

6

8

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Dosis (%, en cemento)

Can

tid

ad

Ad

sorb

ida

(mg/g

)

Grupo Policarboxilato ( PC )

Grupo Naftaleno ( NS)

Cantidad Adsorbida de aditivo en cemento

Grupo Nanosílice (PCE)

La trabajabilidad de una mezcla es la propiedad másimportante del concreto en estado fresco y de elladependen en gran medida las propiedades en estadoendurecido, como son la resistencia y la durabilidad. ElInstituto Americano del Concreto la define como:

«la propiedad que determina la facilidad yhomogeneidad con que puede ser mezclada, colocada,consolidada y terminada una mezcla de concreto omortero fresco»

Reología de mezclas de concreto

REOLOGIA NANO SILICE

Distribución de partículas homogénea y

compacta.

NORMAS Extracción de muestras y cantidad de ensayos para cemento

hidráulico. Norma NTC 108 (ASTM C 183).

Cemento portland. especificaciones físicas y mecánicas. NormaNTC 121 (ASTM C 150)

Métodos de análisis químico de los cementos hidráulicos. NormaNTC 184 (ASTM C 114)

Método para determinar la consistencia normal del cementohidráulico. Norma NTC 110 (ASTM C 187)

Mezcla mecánica de pastas de cemento hidráulico y morteros deconsistencia plástica. Norma NTC 112 (ASTM C 305)

Aditivos químicos para concreto. Norma NTC 1299 (ASTM C 494

Determinación de la resistencia de morteros de cemento hidráulicousando cubos de 50 mm o 50,8 mm de lado. NTC 220 (ASTM C109)

Método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado delcemento hidráulico mediante el aparato de vicat. NTC 118 (ASTM C191)

Cemento portland. Especificaciones químicas. NTC 321 (ASTM C150)

Aparato Vicat para

determinación del

tiempo de fraguado

Prensa para evaluar la

resistencia a la compresión

Ensayos en concreto

Prueba de asentamiento

Ensayo de fraguado

Aparato Vicat para

determinar el fraguado

del concreto

Prensa para ensayo de

resistencia en concreto

Moldes

Piscina para el curado de

los cilindros de concreto

No somos responsables como profesionales de las obras mal construidas hasta ahora, a base de hormigón, pero si podemos determinar las que se construyan a partir de hoy, por eso hay que hacerlo bien, luego, no queda otro camino que hacerlo a base de ciencias y dentro de ellas la química coloidal juega un papel primordial.

Conclusión

Malas practicas

¿hasta qué grado Richter se

diseña? Respuesta.

“No diseñamos grados

Richter, porque esta escala

mide la energía general

disipada en un terremoto”

Se diseña bajo NORMAS

ESTANDARIZADAS de cada

país

EL TIEMPO ES DINERO:

¿Por qué los proyectos de construcción se ejecutan con tanta prisa?

Por que se cuenta con “tecnología, tecnología y más tecnología” entre ellas los hormigones de alta resistencia, de rápido fraguado, elementos prefabricados y losas pre y pos tensadas.Por otra parte, el uso de innovaciones implica retos en capacitación

BUENAS PRACTICAS