4º Aditivos y Adiciones Hormigones de Alta Resistencia

Los aditivos normalmente empleados en los HAR son los superfluidificantes, en dosis que suelen oscilar entre 10 y 20 kg por m3 de hormigón. Se consiguen así asientos en cono de Abrams del orden de 150 a 200 milímetros. Los tipos más empleados son a base de policondensados de formaldehido-melanina sulfonados, o bien de naftaleno sulfonado, no siendo recomendables los compuestos lignosulfonados por retrasar en exceso el comienzo del fraguado.

En cuanto a las adiciones, se emplea la microsílice casi exclusivamente, dada su gran finura y su alto valor puzolánico. Por su elevada superficie específica la microsílice es muy ávida de agua, lo que obliga al empleo simultáneo de un superplastificante. Para hormigones de fck superior a 60 N/mm2 el empleo de microsílice es absolutamente imprescindible. Las dosis utilizadas son del orden del 8 al 12 por 100 del peso del cemento e incluso mayores. El ajuste de todas las variables indicadas requiere la realización de ensayos previos.

Otros Aditivos usados en el Hormigón.

Se ha tratado hasta aquí de los aditivos más comúnmente empleados, pero existen multitud de otros productos, de acción simple o múltiple, con los que pueden conseguirse los más variados efectos. Cabe mencionar, entre ellos, los expansivos o compensadores de retracción; los gasficanses; los endurecedores de superficie; los colorantes; los inhibidores de corrosión; los insecticidas: los fungicidas y similares; etc.

La técnica de aditivos se encuentra en continua evolución y mejora, no siendo arriesgado suponer un próspero futuro a este tipo de productos.

Impermeabilizantes de Masa en Hormigones.

El agua puede penetrar en el hormigón sea por presión (depósitos, conducciones, etc.), sea por capilaridad (contacto con medio húmedo). Cuando un hormigón ha sido correctamente dosificado, confeccionado y colocado, resulta en general impermeable por sí mismo, tanto más cuanto menor sea su red capilar, es decir, cuanto mayor sea su compacidad.

La red capilar se forma por evaporación del agua de amasado en exceso sobre la estrictamente necesaria para hidratar el cemento. Este exceso es siempre necesario para poder manejar y colocar el hormigón, debiendo ser, corno es obvio, lo menor posible. La red capilar será tanto más importante cuanto:

• menos finamente molido esté el cemento;
• mayor sea la relación agua/cemento;
• peor sea la composición granulométrica del hormigón;
• más corto sea el curado.

Habida cuenta de lo anterior, pueden emplearse impermeabilizantes de masa que, al cerrar los poros y capilares, mejoran la compacidad del conjunto. Pero es evidente que su efecto será nulo si tales poros y capilares no son relativamente pequeños, es decir, si el hormigón está mal dosificado o ejecutado. No se puede impermeabilizar un hormigón malo. 

En la figura 2.8 puede apreciarse la correlación existente entre la permeabilidad del hormigón y la relación agua/cemento, de la que se deduce que cuando se quieran conseguir hormigones impermeables, será necesario emplear una relación agua/cemento lo más baja posible.

Figura 2.8 Influencia de la relación A/C en la permeabilidad

Entre los productos de partida utilizados como impermeabilizantes de masa pueden mencionarse las materias finas (kieselguhr, bentonitas, caliza o puzolana molida, etc.), las sales de ácidos grasos (estearatos, oleatos, etc.) y los plastificantes en general. Los impermeabilizantes aumentan, por regla general, la retracción y pueden disminuir las resistencias si poseen efecto aireante.

Aparte de los impermeabilizantes de masa o hidrófugos, existen impermeabilizantes de superficie, que se aplican sobre la superficie del hormigón endurecido y actúan tan sólo sobre un pequeño espesor del mismo. 

De ellos existen en el comercio una extensa gama (resinas, siliconas, aceites y jabones, etc.) de gran número de aplicaciones.

Plastificantes-Aireantes.

De forma general puede decirse que todo plastificante reductor de agua es en alguna medida aireante, siendo también cierta la recíproca. No obstante, existen productos comerciales que específicamente poseen un carácter mixto, reuniendo las ventajas de ambos tipos de aditivos.

Con el empleo de plastificantes-aireantes garantizados por casas de experiencia, pueden obtenerse hormigones más trabajables y de mayor resistencia mecánica y química que los hormigones ordinarios, lo que tiene gran importancia en la técnica del hormigón armado.

Uso de Aireantes en el Hormigón.

Los aireantes ocluyen en la masa del hormigón infinidad de burbujas de aire, de 20 a 200 micras de diámetro, uniformemente repartidas y siguiendo una curva granulométrica continua que se solapa con la del cemento y finos de la arena, las cuales interceptan la red capilar del hormigón endurecido, mejorando así su resistencia a las heladas y a los agentes agresivos.

Los productos de partida empleados como aireantes son análogos a los citados para plastificantes reductores de agua, es decir, sustancias orgánicas del tipo resinas o aceites sulfonados que, al ser batidos con el hormigón fresco en dosis convenientes, incorporan a su masa un volumen de aire comprendido entre el 3 y el 6 por 100.

Las ventajas de los hormigones con aire ocluido son las siguientes:

a) Son más dóciles y trabajables, debido a la acción lubricante de las burbujas de aire. Esta propiedad tiene una notable aplicación en los hormigones de mala docilidad, como ocurre con los de áridos procedentes de machaqueo, los pobres en arena y los hormigones secos.

En los hormigones ordinarios, el aireante permite reducir los áridos finos en un volumen igual al del aire incorporado, y disminuir el agua de amasado.

b) Son más homogéneos, presentando mayor estabilidad durante el transporte, con menor tendencia a la segregación.
c) Presentan mejor aspecto al ser desencofrados (menor número de coqueras y poros).
d) Los hormigones aireados son más impermeables y menos absorbentes por capilaridad, debido al efecto de las burbujas de aire interceptando los capilares.
e) Poseen una gran resistencia a las heladas, al actuar las burbujas como cámaras de expansión cuando se hiela el agua contenida en los capilares. Este efecto de mayor durabilidad se ilustra en la figura 2.5.
j) Tienen mayor resistencia a las aguas agresivas, corno consecuencia de su menor permeabilidad y absorción capilar.

Frente a estas ventajas, los hormigones con aire ocluido presentan, en general, menores resistencias mecánicas, como muestra la figura 2.6. En cuanto al valor de la retracción, resulta muy poco modificado.

El contenido en aire ocluido debe ser objeto de control regular en obra, haciendo la toma de muestras después del transporte para tener en cuenta las pérdidas por este efecto. La medida del volumen de aire ocluido se efectúa mediante un aparato sencillo, que se describe en las Normas ISO 4848, ASTM C-231 y UNE 85.259, teniendo también interés en casos específicos la observación y recuento al microscopio de las burbujas de aire (Norma ASTM C-457).

Figura 2.5 Variación de la durabilidad (resistencia a la helada) en función al contenido de aire ocluido, según Venuat

Figura 2.6 Influencia del contenido en aire ocluido sobre a resistencia a compresión de un hormigón 0/25 mm, asiento en cono de 8-10 cm y distintos Contenidos de cemento, según Gaynor.

 Figura 2.6  Contenido de Aire ocluido, recomendado por Hess, según el tamaño máximo del árido.

Conviene reducir el contenido de aire ocluido a medida que aumenta el tamaño máximo del árido, como se indica en la figura 27.

Además de las aplicaciones ya citadas, los aireantes se emplean con ventaja en hormigones de áridos ligeros (escorias, arcillas expandidas, pómez, perlita, etc.), en hormigones preamasados y, de una forma específica, en hormigones para pavimentos (carreteras y aeropuertos).

Uso de Superfluidificantes en el Hormigón.

Como se ha dicho anteriormente, el empleo de fluidificantes puede tener efectos secundarios sobre el hormigón, como el retraso en su fraguado y primer endurecimiento. Por otra parte, la reducción de agua conseguida con estos productos no supera el 15 por 100.

Por lo anterior, modernamente se están empleando los denominados superfluidificantes que son productos que no presentan para el hormigón los efectos secundarios anteriormente indicados y que permiten reducciones de agua de hasta un 30 por 100.

Existen dos grupos de superfluidificantes, los condensados de formaldehido (SMF y SNF) y los lignosulfonados modificados (SML). Los del segundo grupo son más económicos por ser subproductos de la industria del papel, pero los más empleados son los del primer grupo.

Los superfluidificantes tienen muchas y notables propiedades, de las que destacan dos: aumentan la docilidad de la masa de hormigón fresco sin variar la relación agua/cemento y, alternativamente, aumentan las resistencias del hormigón sin variar la docilidad de la masa.

Con el empleo de superfluidificantes se mejora notablemente la trabajabilidad de las masas, sin variar la dosis de agua ni la relación agua/cemento, consiguiéndose aumentos del asiento en cono de Abrams de cinco a veinte centímetros. El hormigón mantiene su cohesión sin presentar exudación, segregación ni pérdida de sus resistencias.

Estas características resultan muy útiles para el hormigonado de piezas de geometría complicada o con gran concentración de armaduras, así como para bombear hormigón y en prefabricación. Además, los superfluidificantes permiten una puesta en obra rápida y económica, al no ser necesario, en general, vibrar la masa del hormigón, dada la gran fluidez de la misma.

Debe tenerse en cuenta que los superfluidificantes pierden eficacia rápidamente, por lo que las masas deben colocarse antes de transcurridos de treinta a sesenta minutos de haber añadido el aditivo, dependiendo ese lapso de tiempo del tipo de cemento, de los áridos y de la dosificación. Esta pérdida de eficacia es mayor en hormigones de bajo contenido en cemento y con temperaturas superiores a 30°C. 

Por otra parte, con el empleo de superfluidificantes pueden aumentarse las resistencias del hormigón sin variar la docilidad de las masas. El agua de amasado puede reducirse entre un 20 y un 30 por 100, llegándose a relaciones agua al cemento muy bajas con asientos en cOnO de Abrams de unos 10 centímetros y muy altas resistencias, tanto a 28 días como a primeras edades.

El aumento de resistencia que puede conseguirse con el empleo de superfluidificantcs tiene muchas aplicaciones: para hormigones de alta resistencia, en prefabricación, para reparación de pavimentos, en puentes, obras marítimas, etc. Por otra parte, el uso de estos aditivos permite reducir la dosis de cemento, lo que puede resultar de gran interés cuando sea necesario disminuir el calor de fraguado y la retracción del hormigón.

Uso de Plastificantes y Fluidificantes en el Hormigón.

Los plastificantes y fluidificantes son aditivos que aumentan la docilidad y trabajabilidad del hormigón. Esto permite emplear masas que de otra forma sería casi imposible colocar en obra, o bien reducir el agua de amasado de los hormigones en beneficio de su resistencia o de la dosificación del cemento.

Existen dos tipos de aditivos que aumentan la docilidad del hormigón: unos, llamados
plastificantes, actúan mecánica y físicamente, permitiendo una cierta retención de agua,’ y otros, llamados fluidficantes, actúan mediante procesos fisico-químicos, permitiendo una reducción de agua (en general, por modificación de la tensión superficial de la misma).

a) PIastficantes
Son productos a base de polvos muy finos, tales como la tierra de diatomeas, la bentonita, cales grasas o hidráulicas finas, cenizas volantes y puzolanas molidas que, añadidos al hormigón, completan la granulornetría del cemento y facilitan el deslizamiento de los granos en el mortero, haciendo las mezclas más trabajables. 

Mejoran también la impermeabilidad del hormigón y, al ser químicamente inertes, alteran poco sus restantes propiedades. Pero los plastificantes exigen aumentar algo el agua de amasado, por lo que no permiten, en general, mejorar la resistencia y durabilidad del hormigón, salvo en el caso en que estos finos añadidos a la masa del hormigón fresco posean carácter puzolánico, como es el caso de las cenizas volantes.

En resumen puede decirse que su eficacia es grande cuando el hormigón está falto de finos o contiene áridos de bajo coeficiente de forma; y conviene añadir que una dosificación excesiva de estos aditivos puede disminuir las resistencias mecánicas del hormigón y aumentar perjudicialmente su retracción, debido al exceso de agua necesario.

El empleo conjunto de plastificantes y fluidificantes puede mejorar no sólo la docilidad de la masa sino también las resistencias del hormigón. Tal es el caso de los hormigones de alta resistencia.

b) Fluidficanies
Más importancia e interés presentan los fluidficantes, que son generalmente productos orgánicos de molécula larga, tensoactiva. Al poseer estas moléculas un extremo hidrófilo y otro hidrófobo, quedan adsorbidas y orientadas en la superficie de los granos, de lo que resulta un efecto lubricante y una defloculación o dispersión de los granos de cemento, que pueden ser así mojados con una cantidad de agua mínima.

Entre los productos de partida más empleados como fluidificantes se encuentran los jabones de resina y el lignosulfato  sódico o cálcico (subproducto de la fabricación de pasta de papel). 

Las características que confieren a los hormigones, mejorando sus propiedades tanto en fresco como endurecidos, son las siguientes:

• aumentan la plasticidad de las masas;
• a igualdad de docilidad, reducen la relación agua/cemento (de un 5 a un 15 por 100);
• a igualdad de relación agua/cemento, mejoran la docilidad;
• disminuyen la tendencia a la segregación durante el transporte;
• mejoran la adherencia del hormigón a las armaduras;
• mejoran la resistencia (de un 10 a un 20 por 100 en compresión a 28 días) al disminuir el agua necesaria y forzar la hidratación a fondo del cemento;
• aumentan la durabilidad y resistencia a la abrasión del hormigón.

Conviene tener en cuenta que los fluidificantes suelen retrasar ligeramente el fraguado y primer endurecimiento del hormigón, sobre todo si se emplean en dosis elevadas, por lo que deben tomarse precauciones y retrasar el desencofrado cuando se utilicen en tiempo frío.

Los fluidificantes no deben emplearse con hormigones blandos o fluidos sino, por el contrario, con los secos y secoplásticos, ya que su eficacia es tanto mayor cuanto menor es la relación agua/cemento. Están especialmente indicados para hormigones bombeados y preamasaclos, para piezas muy densamente armadas, para hormigones vistos y, en general, para cualquier obra en que se requiera un hormigón de calidad.

Salvo el caso en que se emplee para hormigón en masa, debe comprobarse previamente que el fluidificante en cuestión está exento de cloruros.

Uso de Retardadores en el Hormigón.

Los productos de partida empleados para retardar el fraguado del hormigón suelen ser sustancias orgánicas principalmente lignosulfatos o hidratos de carbono. En general, las resistencias a compresión muy tempranas (1 a 3 días) suelen verse disminuidas, pero no así las de 28 o 90 días, que pueden incluso resultar más elevadas que las del hormigón sin aditivo.

Los retardadores son de utilidad en tiempo caluroso o cuando  la distancia de transporte del hormigón fresco es grande. Suelen aumentar la retracción del hormigón y conviene realizar con ellos ensayos previos en obra, ya que su acción puede variar sensiblemente de unas a otras condiciones particulares, en especial con la dosis de cemento y la relación agua/cemento.

Debido a que el empleo de retardadores es decir , hoy día se recomienda sustituirlos por fluidificantes que, al mismo tiempo que permiten reducir el agua de amasado, actúan también como retardadores del fraguado.

Uso de Aceleradores en el Hormigón.

Son productos que, añadidos al hormigón, adelantan el fraguado o el endurecimiento del mismo y, en general, ambos procesos a la vez.

Entre los aceleradores de fraguado clásicos está el carbonato sádico, cuya dosificación óptima (que suele oscilar entre el 2 y el 5 por 100 del peso del cemento) conviene determinar en cada caso, ya que en pequeñas proporciones actúa más bien como retardador.

Son aceleradores de endurecimiento: los cloruros (de calcio, de sodio, de aluminio, etc.) las bases alcalinas (sosa, potasa, amoníaco) y sus sales (carbonatos, silicatos, aluminatos, etc.). Debe recordarse también que el calor es un acelerador de fraguado y endurecimiento, así como la cantidad de agua de amasado, cuya disminución acelera el fraguado (ver tabla 2.8).

El empleo de aceleradores tiene por objeto, en general, reducir el tiempo de desmoldeo o desencofrado, lo que adquiere gran importancia en prefabricación. También se utilizan en el hormigonado en tiempo frío, para conseguir que el hormigón adquiera resistencias rápidamente y contrarrestar el efecto retardador de las bajas temperaturas.

Tradicionalmente, el producto más comúnmente empleado es el cloruro cálcico que, utilizado en dosis del orden del 1,5 al 2 por 100 del peso del cemento, es el acelerador m1s eficaz que se conoce, especialmente en tiempo frío. Normalmente no debe hormigonarse cuando se prevea que la temperatura en las 48 horas siguientes puede ser inferior a O °C (lo que puede suponerse si la temperatura a las 9 de la mañana —hora solar— es inferior a +4 °C). El empleo del cloruro cálcico en la dosis indicada permite hormigonar aunque se prevean temperaturas de ---3 ºC (es decir, de +1 ºC a las 9 de la mañana).

Ahora bien, como la presencia de cloruros en el hormigón provoca a veces (y favorece siempre) fenómenos de corrosión en el acero, las modernas instrucciones prohiben su empleo en hormigón armado, admitiéndolo sólo para hormigones en masa. 

TABLA 2.8

Uso de Aditivos en el Hormigón: Generalidades.

Se llaman aditivos aquellos productos que se incorporan al hormigón fresco con objeto de mejorar alguna de sus características (facilitar su puesta en obra, regular su proceso de fraguado y endurecimiento, aumentar su durabilidad, etc.). Por su importancia creciente, han sido denominados el cuarto componente del hormigón.

Existen en el comercio multitud de aditivos que, con el nombre de aceleradores, retardadores, plastificantes, aireantes, impermeabilizantes, etc., ponen a disposición del técnico un medio útil para la confección de hormigones de las más variadas características. Su dosificación, en general inferior a un 5 por 100 del peso del cemento, requiere un cuidado especial, ya que, de no ser la conveniente, puede influir en el hormigón de forma indeseable, a veces opuesta a la que se quería conseguir con el aditivo. Se recomienda por ello emplear sólo aquellos productos garantizados que suministren casas especializadas de solvencia, debiendo seguirse escrupulosamente las indicaciones de uso correspondientes. Además, los fabricantes de aditivos están obligados a etiquetar correctamente estos productos, según Norma UNE 83275:89 EX.

La designación de los aditivos y su definición figura en la Norma UNE FN 934-2:98. Además de su acción principal o específica, los aditivos suelen ejercer otras acciones secundarias, favorables o desfavorables. Corno tales acciones dependen fundamentalmente del resto de los componentes del hormigón y de las condiciones ambientales, conviene realizar en cada caso (y muy especialmente cuando se utilizan cementos diferentes al CEM I) ensayos previos de carácter comparativo, confeccionando amasadas de prueba con dosis de 0; 0,5; 1 y 3 veces la dosis media prevista de aditivo.

Debe tenerse en cuenta que los aditivos mejoran ciertas propiedades de aquellos hormigones que de por sí están bien dosificados y preparados, no teniendo sentido su empleo en hormigones de malos componentes o mal proyectados y confeccionados de origen. La idea de que los aditivos son la panacea universal que todo lo consigue debe desterrarse absolutamente.

A continuación se incluyen algunas precisiones sobre los aditivos más importantes. Aquellos que modifican el comportamiento reológico o el tiempo de fraguado dci hormigón deben cumplir la Norma UNE F ‘934-2:98.