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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
MONOGRAFÍA
AUTORES
EDGAR CERPA RAMOS
PEDRO MONTENEGRO MEZA
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
CARTAGENA D. T. Y C.
2021
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
INVESTIGADORES:
EDGAR CERPA RAMOS
PEDRO MONTENEGRO MEZA
MONOGRAFÍA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
DIRECTOR:
RAMÓN TORRES ORTEGA, MSC
GRUPO DE INVESTIGACIÓN
GEOTECNIA, MATERIALES, VÍAS Y TRÁNSITO (GEOMAVIT)
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
CARTAGENA D. T Y C
2021
III
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
RESUMEN
En esta monografía se encontrará con una recopilación de investigaciones a nivel mundial,
pertinente y actualizada, referente a las propiedades de resistencia a la compresión,
trabajabilidad y tiempo de fraguado vinculadas a los agregados de origen silíceo, aditivos
superplastificantes y retardantes; las cuales fueron comparadas, analizadas y discutidas,
teniendo en cuenta propiedades complementarias, la discriminación de distintos tipos de
aditivos y las teorías que se manejan a la hora de considerar la validez de los datos, con el fin
de determinar el efecto combinado de los superplastificantes y retardantes en las propiedades
físico – mecánicas de concretos que usan agregados silíceos, logrando determinar que el uso
de estos tipos de aditivos es compatible con los efectos particulares de usar material silíceo
en la mezcla, como lo son la mejora en el comportamiento a compresión y estabilidad
térmica, con una clara preferencia de superplastificantes con origen químico en los
policarboxilatos, en los cuales se observa una buena reacción con altos contenidos de sílice,
además se establece exitosamente que el uso conjunto de los aditivos dará como resultado
mezclas de concreto con alta resistencia a la compresión y trabajabilidad debido a los valores
de asentamiento inicial mejorados (por acción del superplastificante), que se mantendrán por
la reducción en la velocidad de perdida y extensión del tiempo de fraguado (por acción del
aditivo retardante), logrando establecer las dosificaciones optimas de uso, las cuales son de
0,5% y 0,03%, para aditivos superplastificantes y retardantes, respectivamente; valores que
servirán a modo de guía y/o consulta académica introductoria al estudio de materiales,
además de dar pie a nuevas investigaciones más específicas y del desarrollo a nivel local de
alternativas que podrán aprovechar la abundante cantidad de materiales silíceos disponible
de la mejor forma posible.
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
ABSTRACT
In this monograph you will find a compilation of relevant and updated worldwide research
on the properties of compressive strength, workability and setting time related to aggregates
of siliceous origin, superplasticizing and retarding admixtures; which were compared,
analyzed and discussed, taking into account complementary properties, the discrimination of
different types of additives and the theories that are handled when considering the validity of
the data, in order to determine the combined effect of superplasticizers and retarders on the
physical-mechanical properties of concrete using siliceous aggregates, the use of these types
of admixtures is compatible with the particular effects of using siliceous material in the mix,
such as the improvement in compression behavior and thermal stability, with a clear
preference for superplasticizers with chemical origin in polycarboxylates, it is also
successfully established that the joint use of the additives will result in concrete mixtures
with high compressive strength and workability due to the improved initial slump values (by
the action of the superplasticizer), which will be maintained by the reduction in the loss rate
and extension of the setting time (by the action of the retarding additive), managing to
establish the optimum dosages of use, which are 0.5% and 0.03%, for superplasticizer and
retarding additives, respectively; these values will serve as a guide and/or introductory
academic consultation to the study of materials, in addition to giving rise to new more
specific research and the development of alternatives at the local level that will be able to
take advantage of the abundant amount of siliceous materials available in the best possible
way.
V
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN ........................................................................................................................... III
ABSTRACT ......................................................................................................................... IV
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 8
1. CAPITULO 1: GENERALIDADES ............................................................................. 10
1.1 ADITIVOS ............................................................................................................. 10
1.1.1 Aditivos Superplastificantes .................................................................................. 10
1.1.2 Aditivos Retardantes .............................................................................................. 11
1.2 PROPIEDADES FÍSICO – MECÁNICAS DEL CONCRETO ............................ 11
1.2.1 Estado Fresco .................................................................................................. 11
1.2.1.1 Trabajabilidad ............................................................................................. 11
1.2.1.2 Tiempo de fraguado .................................................................................... 11
1.2.2 Estado Endurecido .......................................................................................... 11
1.2.2.1 Resistencia a la compresión ........................................................................ 12
1.2.2.2 Resistencia a la tracción .............................................................................. 12
1.2.2.3 Resistencia a la flexión ............................................................................... 12
1.2.2.4 Durabilidad ................................................................................................. 12
1.3 AGREGADOS ....................................................................................................... 12
1.3.1 Agregados Según Tamaño .............................................................................. 13
1.3.2 Agregados Según Origen ................................................................................ 14
2. CAPITULO 2: EFECTO DE LOS ADITIVOS EN LAS PROPIEDADES DEL
CONCRETO EN ESTADO FRESCO Y ENDURECIDO .................................................. 15
2.1 EFECTOS DE LOS SUPERPLASTIFICANTES EN LOS CONCRETOS EN
ESTADO FRESCO Y ENDURECIDO ............................................................................ 15
2.2 EFECTOS DE LOS RETARDANTES EN LOS CONCRETOS EN ESTADO
FRESCO Y ENDURECIDO ............................................................................................ 21
2.3 EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LOS CONCRETOS EN ESTADO FRESCO Y ENDURECIDO 24
3. CAPITULO 3: INCIDENCIA DE LOS ADITIVOS DE ACUERDO A LOS
AGREGADOS PÉTREOS ................................................................................................... 27
3.1 AGREGADOS SILÍCEOS .................................................................................... 27
4. CAPITULO 4: ANÁLISIS DE LOS AGREGADOS ................................................... 32
4.1 ANÁLISIS DE LOS AGREGADOS CALIZOS ................................................... 32
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
4.2 ANÁLISIS DE LOS AGREGADOS SILÍCEOS ................................................. 34
5. CONCLUSIONES ........................................................................................................ 41
6. RECOMENDACIONES ............................................................................................... 44
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 45
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Tipos de aditivos según norma ASTM C-494 ........................................................ 10
Tabla 2. Clasificación de Agregados según Tamaño ........................................................... 13
Tabla 3. Cantidades de aditivos para los ensayos. ................................................................ 16
Tabla 4. Resistencias resultantes entre mezcla patrón de concreto 250kg/cm2 y 280kg/cm2
vs mezcla de concreto con dosificación máxima.................................................................. 16
Tabla 5.Resistencias resultantes entre mezcla patrón de concreto 250kg/cm2 y 280kg/cm2
vs mezcla de concreto con dosificación exceso.................................................................... 17
Tabla 6. Variación de la dosis de Superplastificante contra Asentamiento, Fluidez y Tiempo
de Fraguado .......................................................................................................................... 19
Tabla 7. Resistencia a la compresión con varios porcentajes de dosificación de SP ........... 20
Tabla 8. Cantidad de materiales por m3 de concreto. ........................................................... 22
Tabla 9. Resistencia a la compresión a los 28 días, para diferentes proporciones de aditivo.
.............................................................................................................................................. 23
Tabla 10.Duracion del tiempo de fraguado inicial y final. ................................................... 24
Tabla 11.Resistencia a compresión promedio de los diferentes especímenes que se
evaluaron. ............................................................................................................................. 24
Tabla 12. Resultados de ensayo de revenimiento de cada muestra ...................................... 29
Tabla 13. Incremento porcentual de la resistencia a la compresión a los 28 días respecto a la
muestra patrón y respecto a la dosificación inmediatamente anterior para TMN 1” ........... 30
Tabla 14. Propiedades físicas de los concretos empleados .................................................. 40
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Variación de la resistencia para las edades de ensayos con la dosificación de
superplastificante. ................................................................................................................. 18
Figura 2. Asentamiento del concreto sin aditivo y con aditivo retardante. .......................... 23
Figura 3. Caída de Asentamiento en el tiempo ..................................................................... 25
Figura 4. Relación entre porcentajes de aditivo aplicado y carga resistida por el concreto a
edades de 7, 14 y 28 días para TMN 1" ................................................................................ 29
Figura 5. Relación entre porcentajes de aditivo aplicado y carga resistid por el concreto a
edades de 7, 14 y 28 días para TMN 3/4"............................................................................. 30
Figura 6. Relación entre porcentajes de aditivo aplicado y carga resistid por el concreto a
edades de 7, 14 y 28 días para TMN 1/2"............................................................................. 31
Figura 7. Resultados del flujo de asentamiento. ................................................................... 32
VII
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RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Figura 8.Resultados de las pruebas de resistencia a la compresión. .................................... 33
Figura 9.Relación entre fuerza compresiva y segregación. .................................................. 34
Figura 10. Resistencia a la compresión para los tres tipos de agregado silíceo analizados a
los 14 días ............................................................................................................................. 36
Figura 11. Resistencia a la compresión para los tres tipos de agregado silíceo analizado a
los 28 días ............................................................................................................................. 37
Figura 12. Efectos de la escoria de alto horno, humo de sílice y metacaolín en concreto
autocompactante ................................................................................................................... 37
Figura 13. Valores de Slump promedio ................................................................................ 39
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
INTRODUCCIÓN
El concreto hidráulico es uno de los materiales más relevantes y significativos en el mundo
de la construcción e ingeniería con una producción anual de 4.4 miles de millones de
toneladas (Hilburg, 2019). Posee características notables como, versatilidad, resistencia a la
compresión, manejabilidad, durabilidad y economía, se ha posicionado como uno de los
materiales más utilizados e importantes por ingenieros y constructores (Anguiano & Pérez,
2013). Cabe mencionar que se destacan la resistencia a la compresión debido a que se permite
creación de elementos de menores dimensiones sin pérdida de calidad, lo cual se traduce en
menor costo asociado a cantidad de material y menor transmisión de carga al suelo; mientras
que gracias a su versatilidad es posible la modificación de sus características intrínsecas con
fin de optimizar su rendimiento y darle una utilización variada en diversas condiciones
ambientales.
Así, se tiene que las modificaciones y alteraciones en mención, aplicadas al concreto, se
relacionan con la inclusión de sustancias adicionales a la estructura básica del mismo. Estas
sustancias son conocidas como aditivos, los permiten al material, cumplir con diversos
requerimientos y/o exigencias dependiendo de la obra y/o proyecto donde se les pretenda
utilizar. Entre los aditivos más relevantes se destacan los superplastificantes y retardantes,
pues proporcionan a la mezcla beneficios como una fluidez considerable y disminución de la
relación agua-cemento, lo que lleva a mejores valores de resistencia y tiempos de fraguado
retardado (Manrique, 2019).
Se sabe que la resistencia está directamente relacionada con la porosidad de la mezcla, que a
su vez presenta una relación directa con la cantidad de agua dentro de ella, ya que al ocupar
tanto volumen, después de que se den los procesos de hidratación quedaran vacíos en su
interior, (Guevara et al., 2012). Además el concreto puede experimentar otros fenómenos
como la perdida acelerada de trabajabilidad e incremento en la contracción plástica, por
efecto de la temperatura (Kosmatka, 2004). Hechos a los que dan solución particular los
superplastificantes y retardantes, respectivamente; por lo tanto resulta de interés el estudio
de estos en conjunto, más si se tiene en cuenta que a pesar de sus bondades pueden tener
efectos secundarios indeseables con la utilización de dosis inapropiadas.
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
En relación con los efectos de estos, se debe tener en cuenta que pueden variar de acuerdo al
origen mineralógico de los agregados en la mezcla; debido a que abarcan un gran volumen
de la masa final de concreto, por lo que en gran medida, el comportamiento físico y químico
del concreto viene definido por los agregados. Como bien se sabe, generalmente el tipo de
agregado a utilizar se da por parte de la disponibilidad y necesidad de un caso específico, así
pues del análisis realizado en la ciudad de Cartagena de Indias, que cuenta con reservas de
material silíceo, expuesto a reacciones deletéreas por condiciones alcalinas (Díaz, 2017);
nace la necesidad de estudiar a profundidad los efectos en conjunto de estos en presencia de
aditivos. Estudio que no solo se mantiene relevante a nivel local, sino que se extiende a todas
las poblaciones a nivel global con reservas o posibilidad de usar, material silíceo.
Por tanto, atendiendo a la línea de investigación de materiales de construcción se llevó a cabo
la presente monografía, por parte del grupo de investigación de la universidad de Cartagena,
Geotecnia, Materiales, Vías Y Tránsito (GEOMAVIT). Dentro de la cual se determinó el
efecto combinado de la dosificación de aditivos superplastificantes y retardantes en las
propiedades físico – mecánicas de concretos que usan agregados de origen silíceo, a partir de
la comparación de los resultados obtenidos de diferentes estudios desarrollados a nivel
mundial, logrando establecer satisfactoriamente las dosificaciones que permiten mejores
resistencias a la compresión, trabajabilidad y tiempos de fraguado. A partir de los resultados
obtenidos se podrá dar continuación en la línea de investigación de materiales de
construcción, constituyendo una base para futuros trabajos complementarios; enriqueciendo
así, el estado del arte local, lo cual posibilita contemplar una futura implementación de los
temas tratados y derivados de la presente investigación por parte de ingenieros y
profesionales afines a la construcción.
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
1. CAPITULO 1: GENERALIDADES
El presente capitulo tiene como propósito definir los conceptos clave que serán tratados a lo
largo del desarrollo de la presente investigación.
1.1 ADITIVOS
Se pueden definir como material distinto del agua, agregado, cemento hidráulico o fibra de
refuerzo, que es empleado como ingrediente de concretos o morteros y se añade a la mezcla
inmediatamente antes o durante su mezclado. Los aditivos son utilizados hoy en día para
modificar las propiedades de las mezclas de concreto de modo que sean las más adecuadas a
las condiciones de trabajo u economía (Corrales & De La Ossa, 2013), se encuentran
clasificados de acuerdo a las funciones que cumplen según la norma NTC 1299 en:
Tabla 1. Tipos de aditivos según norma ASTM C-494
Tipo Descripción
A Aditivos reductores de agua
B Aditivos retardadores
C Aditivos Aceleradores
D Aditivos reductores de agua y retardadores
E Aditivos reductores de agua y aceleradores
F Aditivos reductores de agua, de alto rango
G Aditivos reductores de agua, de alto rango,
y retardadores
Fuente 1. Norma ASTM C-494
De los cuales los pertinentes para la presente son los superplastificantes o reductores de agua
de alto rango y los retardantes
1.1.1 Aditivos Superplastificantes
También conocidos como reductores de agua de alto rango, son aquellos que al ser
incorporados a la mezcla, reducen de gran manera la cantidad de agua de mezclado necesaria
para obtener un concreto de consistencia esperada, como consecuencia de esto se pueden dar
incrementos en la resistencia a compresión del concreto al reducir la relación agua-cemento.
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
De este tipo de aditivo se pueden obtener mejoras significativas en la trabajabilidad cuando
se mantienen las relaciones agua-cemento.
1.1.2 Aditivos Retardantes
Este tipo de aditivos se adicionan al concreto con el propósito de retrasar el tiempo de
fraguado inicial y final, extendiendo la trabajabilidad de la mezcla.
1.2 PROPIEDADES FÍSICO – MECÁNICAS DEL CONCRETO
A continuación se describen brevemente las propiedades que adquiere el concreto hidráulico
en sus diferentes estados:
1.2.1 Estado Fresco
Se considera que se encuentra en estado fresco mientras que la mezcla permanezca fluida,
las propiedades de esta tienen gran impacto en las obtenidas en estado endurecido.
1.2.1.1 Trabajabilidad
Para el concreto la trabajabilidad se puede considerar como la cantidad de trabajo interno útil
que se requiere para producir una compactación adecuada de la mezcla (Ramirez & Vergara,
2013), se debe tener en cuenta que en la actualidad no hay forma directa de medirla pero se
cuentan con ensayos que permiten tener relación a esta propiedad, como lo son el ensayo de
asentamiento, el cual mide la consistencia de la mezcla fresca, y los ensayos de esfera de
Kelly, remoldeo, método Vebe y factor de compactación (Corrales & De La Ossa, 2013).
Dentro de los factores que afectan a la trabajabilidad se encuentran la cantidad de agua de
amasado o mezclado, la fluidez de la pasta, el contenido de aire, la gradación de agregados,
la forma y textura de agregados, los aditivos y condiciones climáticas.
1.2.1.2 Tiempo de fraguado
Es el tiempo en el cual se da el endurecimiento y perdida de plasticidad de la mezcla de
concreto producto de la reacción del agua con el material aglutinante, cemento.
1.2.2 Estado Endurecido
Es el material obtenido (piedra artificial), después de un riguroso proceso de diseño, el cual
debe cumplir con los requerimientos especificados por el constructor.
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RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
1.2.2.1 Resistencia a la compresión
Se entiende como la capacidad del concreto de soportar esfuerzos de compresión, usualmente
medida a los 28 días de elaboración de la mezcla mediante el ensayo estandarizado de
probetas, indicado en normas como la NTC 673.
1.2.2.2 Resistencia a la tracción
Es la capacidad del concreto de soportar los esfuerzos de tensión, para este material suele ser
mínima, de alrededor del 10% de los valores obtenidos a compresión, puede ser medida por
métodos directos e indirectos como se establece en la norma INV E 411-7.
1.2.2.3 Resistencia a la flexión
También conocido como módulo de rotura, es la capacidad de soportar los esfuerzos de
flexión producidos en la masa de concreto por acción de momentos flectores, medida en
ensayos como los descritos en las normas ASTM C78 y ASTM C293.
1.2.2.4 Durabilidad
Esta es la capacidad que tiene el concreto de resistir la acción del medio ambiente, ataques
químicos, físicos, mecánicos y biológicos a los que estará expuesto durante su tiempo de
servicio.
1.3 AGREGADOS
Los agregados son uno de los componentes básicos de las mezclas de concreto, los cuales se
caracterizan por ser materiales inertes (con respecto a los demás constituyentes de la mezcla),
con propiedades físicas y mecánicas fijas, las cuales no alteran el proceso de endurecimiento
y a su vez garantizan la adherencia necesaria con la pasta endurecida, son de gran importancia
debido a que ocupan entre el 70% y 80% del volumen total en las mezclas de concreto
(Corrales & De La Ossa, 2013).
Usualmente los agregados son divididos y manejados según la distribución del tamaño de las
partículas y por el origen del material, como se ve a continuación:
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LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
1.3.1 Agregados Según Tamaño
Tabla 2. Clasificación de Agregados según Tamaño
Tamaño de las
Partículas (mm)
Determinación
Corriente
Clasificación Clasificación como
agregado para
Concreto
<0.002
0.002-0.074
(No. 200)
Arcilla
Limo
Fracción muy fina No Recomendable
0.075-4.76
(No. 200)-(No. 4)
Arena
Agregado Fino Material Apto
4.76-19.1
(No. 4)-(3/4”)
19.1-50.8
(3/4”)-(2”)
50.8-152.4
(2”)-“6”)
>152.4
(6”)
Gravilla
Grava
Piedra
Rajón
Agregado Grueso
Fuente 2. (Guzmán, 2001)
Se destaca sobre el material apto para elaborar mezclas de concreto:
1.3.1.1 Agregado Fino
Generalmente arena, con distribución de partículas con tamaños entre 0.075 mm y 4.76 mm,
cuyos límites están establecidos en normas como la ASTM C33, donde entre otras
generalidades se dice que este tipo de agregado no debe tener un porcentaje mayor a 45%
que pase cualquier tamiz y retenido en el siguiente con fin de tener una granulometría más
regular, debe cumplir en general con constar de partículas limpias de cantidades perjudiciales
de polvo, esquistos, pizarras, álcalis, materia orgánica, sales u otros; donde estas partículas
no deberán ocupar un volumen mayor al 3% del total y el material muy fino con límite de
5% (Aponte, 2017).
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
1.3.1.2 Agregado Grueso
Con denominaciones desde la gravillas hasta rajón, son las partículas de agregados con
tamaños desde los 4.76 mm hasta tamaños mayores a 152.4 mm, proveniente de la
desintegración natural o mecánica de rocas, de conformidad con la norma ASTM C33, cuyo
tamaña máximo de agregado corresponde a la abertura de la malla inmediatamente superior
a la que retuvo el 15% del material.
1.3.2 Agregados Según Origen
Por practicidad se pueden clasificar 3 grupos de agregados según su origen
1.3.2.1 Origen calizo
Cuando se habla de agregados de origen calizo, se hace referencia a rocas sedimentarias
compuestas, en su mayoría, por minerales de carbonato de calcio y magnesio; dentro de este
grupo se destacan las calcitas, aragonitos y dolomitas. Las rocas de origen calizo son muy
abundantes y económicas en cuanto a procesos de trituración (Tovar & Posada, 2018).
Cabe destacar que los agregados de este origen son no clásticas, es decir no están compuestas
de fragmentos de roca y minerales preexistentes acumulados mecánicamente y cuentan con
texturas cristalinas con estructuras de estratificación masiva, generalmente altamente
solubles. (Chan et al., 2003).
1.3.2.2 Origen silíceo
Se refiriere a rocas de origen silíceo al subconjunto de rocas sedimentarias con alto contenido
en oxido de silicio, cuando se tienen elevados contenidos de sílice y de caras fracturadas, se
tiene un buen esqueleto mineral debido a su comportamiento mecánico y rozamiento interno.
Los minerales que componen estas rocas son mayoritariamente los tectosilicatos del grupo
SiO2. Dentro de este grupo se pueden mencionar las rocas areniscas cuarzosas, arcosas, chert
y conglomerado de cuarzo.
1.3.2.3 Origen ígneo y metamórfico
La corteza terrestre se compone mayormente por rocas ígneas, de la cual se originan los
demás tipos de rocas, cuyas características se definen del comportamiento del magma que
origina a las rocas ígneas, y se evidencian en la velocidad de enfriamiento y la textura de la
roca resultante, por otra parte las rocas metamórficas, que son originadas a partir de las ígneas
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
y sedimentarias, por grandes presiones, temperaturas y emanaciones de gases en procesos
llamados metamorfismo de contacto y dinámico, de los cuales se determinan propiedades en
la roca como forma, tamaño y textura (Guzmán, 2001).
2. CAPITULO 2: EFECTO DE LOS ADITIVOS EN LAS PROPIEDADES DEL
CONCRETO EN ESTADO FRESCO Y ENDURECIDO
En la actualidad, se utilizan los aditivos con el objeto de modificar las propiedades del
concreto o mortero, ya sea en estado fresco, durante el fraguado o en estado endurecido,
dentro de este capítulo se realizará un análisis, comparación y discusión de los resultados
referentes a las modificaciones que son capaces de lograr los aditivos superplastificantes y
retardantes, obtenidos mediante la revisión bibliográfica, a los niveles nacional e
internacional.
2.1 EFECTOS DE LOS SUPERPLASTIFICANTES EN LOS CONCRETOS EN
ESTADO FRESCO Y ENDURECIDO
Durante el proceso de fraguado se da un perdida acelerada del contenido de agua debido al
calor de hidratación, lo que limita el tiempo por el cual se contara con un concreto manejable,
para ampliar el periodo durante el cual se mantiene trabajable se implementan los
superplastificantes. El naftaleno sulfonado, las melaminas y vinilos son algunos de los
compuestos químicos que sirvieron de base para los primeros aditivos superplastificantes, el
funcionamiento de estas está basado en la dispersión por diferentes mecanismos (Sika, 2016).
Los aditivos superplastificantes son usados principalmente en concreto de requerimientos
altos en trabajabilidad y resistencia, debido a son reductores de agua que permiten manejar
relaciones de agua cemento bajas (Argos, s.f.), y al igual que sucede con los demás aditivos,
tendrán mayor o menor rendimiento en relación del tipo de cemento con el que se use, siendo
a rasgos generales para cementos con un alto contenido de aluminato tricálcico (C3A) una
buena interacción que permite el desarrollo de la manejabilidad por cortos periodos de tiempo
y para aquellos cementos con menor cantidad de C3A, menor plastificación pero sostenible
por mayor tiempo (Argos, s.f.).
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
A nivel de estudio relevante sobre este tipo de aditivo, se cuenta con la investigación de
origen venezolano publicada por la revista Ingeniería UC en 2016, (Fernández et al., 2016),
en la cual se evaluó sus resistencias a la compresión para edades de 7, 28, 45, 60 días para
concretos de diseño de 250kg/cm2 y 280kg/cm2, con agregado granular (Piedra) proveniente
del Río Acarigua, de tamaño máximo 1”; con cemento del tipo I y utilizando una mezcla
patrón sin aditivo y otras con dosificaciones de aditivo superplastificante a base de resinas
de naftaleno a 1.7% del peso del cemento y con un exceso al 2.1%.Véase en
Tabla 3 las cantidades en ml del superplastificante.
Tabla 3. Cantidades de aditivos para los ensayos.
Cantidad de Aditivo
Diseño Mezcla
máximo exceso
1,7% 2,1%
250kg/cm2 316,24ml 390,65ml
280kg/cm2 355,93ml 439,73ml
Fuente 3. (Fernández et al., 2016)
A continuación, se presentan las tablas donde serán comparados los resultados obtenidos por
los investigadores, considerando el desarrollo de la resistencia a compresión en relación con
la mezcla patrón.
Tabla 4. Resistencias resultantes entre mezcla patrón de concreto 250kg/cm2 y 280kg/cm2 vs mezcla de concreto con
dosificación máxima.
Resistencia a la compresión (1,7% de aditivo)
7 días 28 días 45 días 60 días
Diseño
Mezcla
Mezcla
Patrón
Con
Aditivo
Mezcla
Patrón
Con
Aditivo
Mezcla
Patrón
Con
Aditivo
Mezcla
Patrón
Con
Aditivo
250
kg/cm2
268,27 310,41 332,28 327,72 340,17 364,5 344,04 364,04
280
kg/cm2
295,53 342,68 348,79 350,07 352,28 362,07 355,54 361,56
Fuente 4. (Fernández et al., 2016)
Los resultados obtenidos muestran una tendencia de aumento de la resistencia a la
compresión con el uso de aditivo a excepción de las muestras ensayadas a los 28 días de edad
para el diseño de mezcla de 250 kg/cm2, para la cual la se presenta una ligera disminución
en la muestra con aditivo, comportamiento que no fue indagado por los investigadores,
formando una curva de desarrollo a la resistencia irregular.
17
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Tabla 5.Resistencias resultantes entre mezcla patrón de concreto 250kg/cm2 y 280kg/cm2 vs mezcla de concreto con
dosificación exceso.
Resistencia a la compresión (2,1% de aditivo)
7 días 28 días 45 días 60 días
Diseño
Mezcla
Mezcla
Patrón
Con
Aditivo
Mezcla
Patrón
Con
Aditivo
Mezcla
Patrón
Con
Aditivo
Mezcla
Patrón
Con
Aditivo
250
kg/cm2
268,27 277,28 332,28 308,16 340,17 328,15 344,04 347,74
280
kg/cm2
295,53 351,95 348,79 342,93 358,97 362,07 345,56 361,56
Fuente 5. (Fernández et al., 2016)
La anterior tabla demuestra que la búsqueda de los autores de un nivel óptimo de dosificación
de aditivo con valores muy por encima de los especificados por los fabricantes, da como
resultado reducciones en la resistencia a la compresión hasta del 7,25%, mostrando una
tendencia errática.
Tomando en consideración las anotaciones anteriores lo primero que salta a la vista de esta
investigación es la anormal velocidad con la que se desarrollaron las resistencias de las
muestran ensayadas, consiguiendo valores superiores al 100% de diseño en los primeros 7
días, mientras que de acuerdo a las especificaciones del aditivo usado se alcanzaría
reducciones de entre 20% y 30% del contenido de agua. Dentro del diseño se contempló el
25% de reducción, por lo que se pudo dar el caso de una reducción alrededor del 30% para
la dosificación máxima recomendada y dosis mayor a la recomendada; además teniendo en
cuenta que se usó agregados con humedades naturales del 0% (probablemente secados al
horno) y no se menciona corrección de agua, parece indicar que hizo falta realizar una
optimización y ajuste del diseño de mezcla antes de empezar la toma de datos. Por lo que se
tendrá a consideración una menor relación de agua cemento, a la proyectada por los
investigadores.
18
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Figura 1. Variación de la resistencia para las edades de ensayos con la dosificación de superplastificante.
Fuente 6.(Fernández et al., 2016)
Teniendo en consideración estos resultados, podemos interpretar que las mezclas con la
mayor dosis recomendada de aditivos de origen químico de naftaleno no presentan una
variación significativa en la resistencia a la compresión en relación a las mezclas patrón (Ver
Figura 1), por lo que si bien no produce disminución en las mismas, no resulta viable tomar
el extremo superior de lo recomendado debido a la carga económica que supone, de igual
forma se pudo evidenciar que el uso de cantidades mayores a las recomendadas en las
especificaciones técnicas, produce efectos desfavorables sobre los valores finales obtenidos,
obteniendo mejores resultados con las mezclas patrón.
Por otro lado el tiempo de fraguado para las muestras con modificaciones en exceso se
extiende hasta 48 horas, siendo a las 24 horas el tiempo normal, es decir, que se obtuvieron
efectos negativos en lo que al fraguado respecta, comportamiento que puede afectar a
procesos constructivos en los que se requiera un desencofrado rápido, tal es el caso del
vaciado y fraguado de columnas.
Teniendo en cuenta estudios fuera del marco latinoamericano como (Rasheed et al., 2018),
en el cual se usaron agregados disponibles a nivel local, sin especificar su procedencia, y el
superplastificante sintético, el cual tuvo dosificaciones de 0.5%, 1%, 1.5%, 2% y 2.5% sin
contar la mezcla patrón la cual no contó con aditivo. Para el concreto de proporción (1: 1.354:
2.876), una vez aplicados los ensayos de fluidez, asentamiento y fraguado se obtuvieron los
siguientes resultados:
0
295.53
348.79 352.28 355.54
0
342.68 350.07 362.07 361.56
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 10 20 30 40 50 60 70
Res
iste
nci
a (k
g/c
m2
)
Mezla patrón Mezcla con aditivo
19
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Tabla 6. Variación de la dosis de Superplastificante contra Asentamiento, Fluidez y Tiempo de Fraguado
Propiedad Mezcla
Patrón
0.5% SP 1% SP 1.5% SP 2% SP 2.5 SP
Asentamiento
(mm)
50 90 115 210 225 210
Fluidez
(Seg)
0 0 0 129 23 20
Fraguado
Inicial
(Min)
188 330 225 - 210 -
Fraguado
Final
(Min)
330 540 600 - 480 -
Fuente 7. (Rasheed et al., 2018)
Como se puede apreciar, para la propiedad de asentamiento, se da un aumento considerable
desde los 115 mm hasta 210 mm con el cambio de dosificación de 1% a 1.5%, encontrando
el limite óptimo con una dosificación de 2%, para la cual corresponde un asentamiento de
225 mm (450% con respecto a la mezcla patrón), resultados que permiten reducir la cantidad
de agua en la mezcla, manteniendo una consistencia apropiada, obteniendo así mejores
resultados en la resistencia, reflejados en la disminución de la relación de agua cemento,
además cabe notar que hubo una disminución de tiempo de flujo con el aumento de
superplastificante. En cuanto a los tiempos de fraguado, estos aumentaron a medida que se
aumentó la dosificación, encontrando así una mejora óptima de aproximadamente 77% para
el tiempo de fraguado inicial con una dosificación de 0.5%; por su parte, el tiempo de
fraguado final encontró su límite óptimo de mejora del 81% con la dosificación de 1%. En
conjunto se considera como límite óptimo 0.5% de aditivo superplastificante al presentar
mejora significantemente buena en ambos tiempos.
20
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Ahora bien, una vez endurecidas las mezclas, se ensayaron a compresión las mezclas a edades
de 1, 3, 7 y 28 días, para lo cual se obtuvo los siguientes resultados:
Tabla 7. Resistencia a la compresión con varios porcentajes de dosificación de SP
1 Día 3 Días 7 Días 28 Días
Dosis de SP (%) Resistencia C.
(MPa)
Resistencia C.
(MPa)
Resistencia C.
(MPa)
Resistencia C.
(MPa)
0 5.41 15.43 19 30.68
0.5 2.53 15.16 21.6 29.78
1 2.44 14.79 23.82 34.29
1.5 0.72 14.167 22 36.63
2 0.542 12.97 24.7 35.19
2.5 0 10.11 26.9 38.44
Fuente 8 .(Rasheed et al., 2018)
Se observa el efecto de dosis de superplastificantes en las edades tempranas del concreto,
donde se llega a ver incluso una resistencia de 0 MPa con la mayor dosificación aplicada a
la edad de 1 día, se vio una tendencia general al aumento de la resistencia, sin embargo se
presentan demasiados casos donde los resultados obtenidos no corresponden a lo proyectado,
es claro el ejemplo a los 28 días donde hay saltos de resistencia con respecto a la dosificación
aplicada, dentro de la investigación no se ve intento de cuestionar las variaciones en las
resistencias inconsistentes con la tendencia obtenidas, al contrario se dan a la tarea de
documentarlas sin darle mayor importancia a fallos generales de proceso, como lo pudo ser
en la elaboración de muestras, condiciones en la hidratación de la mezcla o manejo de la
información (como el uso de valores pocos coherentes a la hora de promediar). Estas razones
sumadas a que se desconoce el origen del aditivo y procedencia de agregados, llevan a
desestimar estos datos de resistencia a la compresión a la hora de realizar conclusiones y
sugerencias al final del presente documento.
Por su parte en la investigación (Manrique, 2019), obtuvo resultados que indican que las
mezclas con solo uso de aditivo superplastificante (en este caso de investigación se usó a
base de naftaleno en una dosis de 0.85%) sufren pérdidas de asentamiento por debajo de 127
mm una vez pasados 40 minutos ( Figura 3. Caída de Asentamiento en el tiempo),
presentando una reducción del 47.8% con respecto al asentamiento que se logró de 230 mm,
21
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
perdida que se logró aminorar trabajando en conjunto de aditivo retardante. Es de destacar
que hasta el momento en las mezclas sin gran cantidad de silíceo estudiadas, los
superplastificantes han tenido un comportamiento positivo dentro de lo esperado a niveles
generales, debido a que estos presentan reducciones en la relación agua cemento más
eficientes que otras opciones existentes en el mercado, como lo son los superplastificantes a
base de lignosulfonato de sodio, por tanto presentan mayor mejora en las propiedades
mecánicas (El-Gamal et al., 2012).
2.2 EFECTOS DE LOS RETARDANTES EN LOS CONCRETOS EN ESTADO
FRESCO Y ENDURECIDO
Es de evidente importancia la fluidez y manejabilidad de las mezclas de concreto en
construcción pero estas solo se mantendrán mientras esté en estado fresco, dentro del
intervalo de tiempo entre la hidratación y el fraguado final (suele estar entre las 5 y 7 horas),
hecho que abre paso al papel que juegan los retardantes de fraguado, que ampliarán el tiempo
antes de que la mezcla entre en estado endurecido, es de tener en cuenta que pueden reducir
en pequeña medida el agua necesaria para mezclado (no superior al 12%), se destaca que con
dosificaciones controladas del orden de 0.01% se pueden obtener retrasos considerables
(Toxement, 2020).
Este tipo de aditivos suelen ser usados para contrarrestar los efectos que tienen las
temperaturas elevadas en los concretos frescos por lo que se podría decir que son de uso
indispensable en clima cálido, puesto que las altas temperaturas alteran el proceso de
fraguado óptimo por la rápida evaporación de humedad, lo que genera retracciones en el
concreto (fisuras y grietas). Es de notar que el uso de este aditivo reduce la velocidad de
perdida de asentamiento.
Aunque el uso de estos aditivos retardantes permite superar limitaciones que presenta el
vaciado de concreto fresco, no se tiene datos exactos en cuanto a las proporciones de aditivo
retardante a utilizar junto con la resistencia y rigidez que puede aportar de acuerdo a
temperaturas mayores a los 30ºC (Minauro & Panduro, 2020). De esta manera la temperatura
local afecta el proceso de fraguado óptimo en la construcción de las obras civiles con grandes
volúmenes de concreto, para lo cual se considera necesario el uso de un aditivo retardante
22
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
con parámetros exactos entre temperatura y cantidades de aditivo que minimice en cierto
grado el efecto negativo del Clima, mejorando su trabajabilidad y consistencia.
Según el contenido de la tesis (Minauro & Panduro, 2020), la dosificación óptima de aditivo
retardante es de 0.35%, con una proporción de 1.24 litros por m3 de concreto, para
temperaturas mayores a los 32°C, con cemento Portland Tipo I, agregado grueso de la
cantera del Rio Huallaga, con diseño de mezcla de f´c=210 kg/cm2 o aproximadamente 21
MPa, y haciendo una comparación con diferentes tipos de dosificaciones del aditivo y sin
aditivo como se muestra en la Tabla 8.
Tabla 8. Cantidad de materiales por m3 de concreto.
Fuente 9.(Minauro & Panduro, 2020)
Se obtuvo una resistencia a la compresión a los 28 días de 216,22 Kg/cm2 (21.2 MPa)
presentando el tipo de fractura B el cual tiene fisuras en forma de cono bien formado en un
extremo y fisuras verticales a través de los cabezales. Evidenciándose que la mezcla con
0.35% de aditivo tuvo la mayor resistencia del Grupo Experimental, y la mezcla de control
sin aditivo tuvo la menor resistencia, teniendo entre ambas una diferencia de 5.89 kg/cm2
23
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
(0.57 MPa) como se observa en Tabla 9 para los ensayos de resistencia a la compresión a los
7 y 14 días; la mezcla con 0.35% de aditivo se mantuvo con la mayor resistencia, pero con
una mínima diferencia de hasta 1.61kg/cm2 (0.16 MPa) con el menor resultado.
Tabla 9. Resistencia a la compresión a los 28 días, para diferentes proporciones de aditivo.
Fuente 10.(Minauro & Panduro, 2020)
La utilización del aditivo retardante en una proporción de 0.35% de peso del cemento, mejora
en un 0.88% respecto de la mezcla de control. Según el contenido de la tesis (Aponte, 2017)
se dice que el rendimiento en cuanto a las dosificaciones del aditivo retardante varía respecto
a la temperatura ambiente de donde se realiza la mezcla de concreto, siendo para temperaturas
de hasta 38°C, 4 onzas por bolsa de cemento, teniendo en cuenta que para altas temperaturas
(alrededor de 60 °C) , los aditivos dejan de ser efectivos. Con cemento Portland Tipo I,
agregado grueso de la cantera de Josecito, aditivo retardante, un diseño de mezcla de f´c=250
kg/cm2 (aproximadamente 24.5 MPa), y haciendo una comparación con una mezcla patrón
sin aditivo como se muestra en la
Figura 2, haciendo referencia al asentamiento por cono de Abraham.
Figura 2. Asentamiento del concreto sin aditivo y con aditivo retardante.
Fuente 11. (Aponte, 2017)
El revenimiento del concreto con retardante se incrementa con respecto al concreto patrón en
14.12%, lo cual significa que hubo una mejora en la trabajabilidad del concreto.
24
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Manejando tiempos de fraguado como se muestra en la Tabla 10, aumentos de 1.1 hora (66
minutos) y 0.6 hora (36 minutos).
Tabla 10.Duracion del tiempo de fraguado inicial y final.
Fuente 12.(Aponte, 2017)
Como se puede observar en la resistencia promedio a compresión a la edad de 7 días del
concreto con retardante de fraguado, se da una desmejora de 6.05% con respecto a la mezcla
patrón; a la edad de 14 días este porcentaje se reduce y finalmente a los 28 días se puede
apreciar que el concreto con aditivo retardante incrementa la resistencia en un 4.85% (ver
Tabla 11).
Tabla 11.Resistencia a compresión promedio de los diferentes especímenes que se evaluaron.
Fuente 13.(Aponte, 2017)
2.3 EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LOS CONCRETOS EN ESTADO FRESCO Y
ENDURECIDO
El efecto de los aditivos combinados permite una reducción del agua en la mezcla de hasta
12%, obteniendo una determinada consistencia en el concreto y retardando el fraguado,
confiriendo así, una alteración conveniente en el ritmo de hidratación. La combinación de
estos aditivos resulta ideal para concretos premezclados que necesitan largos tiempos de
transporte, debido que facilitará su colocación y los hará aptos para el bombeo (especialmente
en clima cálido); en cuanto a desempeño, los estabilizadores siendo los más cercanos no
llegan a igualar las reducciones de agua por parte de estos. En el caso de concretos deslizados,
resulta conveniente cambiar a una dosificación inferior de retardante al hacerse de noche por
25
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
la baja en la temperatura de ambiente, de esta forma se mantiene constante la dosis de
superplastificante, pero se cambia la dosis del retardante dependiendo de las condiciones de
avance de la estructura (Sika, 2016).
Como es mencionado con anterioridad, en la investigación (Manrique, 2019) al trabajar en
conjunto de aditivo retardante se lograron aminorar las pérdidas de plasticidad de las mezclas,
teniendo el primer diseño de mezcla con adicción conjunta una combinación de
superplastificante de 0.85% (origen químico de naftaleno) y retardante de 0.25% (origen de
polímeros orgánicos) y el segundo diseño pertinente con superplastificante de 1% y
retardante en 0.3%, donde las intenciones iniciales fueron las de mantener la resistencia y
aumentar el tiempo de trabajabilidad observado en mezclas con uso exclusivo de
superplastificantes con la implementación del aditivo reductor de agua con retardo
controlado, a lo que se obtuvo menores caídas de asentamiento en edades tempranas.
Figura 3. Caída de Asentamiento en el tiempo
Fuente 14. (Manrique, 2019)
Como se puede observar, mientras la mezcla patrón (P) tiene una perdida a razón de 24 mm
cada 20 minutos, la mezcla con 0.85% de superplastificante y 0.25% de retardante (color
azul) tuvo una pérdida de 27 mm cada 20 minutos, por lo que a pesar de tener una mayor
marca inicial, pasados 80 min esta mezcla tiene un asentamiento menor a 127 mm
(considerado de consistencia fluida por la norma ACI 211.1) y a la mezcla patrón. Por su
parte la mezcla con 1% superplastificante y 0.3% de retardante (color rojo), logró mantener
la consistencia fluida por una hora más con una razón de pérdida de 17 mm cada 20 minutos.
26
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Queda claro que el aporte de retardador de fraguado tiene un efecto positivo en la pérdida de
asentamiento, lo que permitirá a mezclas con menor cantidad de superplastificante
mantenerse trabajable durante una ventana de tiempo más amplia, lo cual supone ventajas a
la hora de transportar y colocar el concreto.
Se tiene claro la gran influencia de la relación agua cemento en la resistencia a la compresión
de las mezclas de concreto, tanto que el hecho de contar con aditivos que disminuyen la
cantidad de agua, supone un aumento notable en la resistencia. Ahora, si bien la reducción
que pueda dar un retardante de fraguado no sea tan pronunciada como la de gamas de
superplastificantes, la adicción de estos es a tener en cuenta porque se puede incurrir en tener
mezclas con correcciones por humedad inadecuadas, habiendo así una disminución del
rendimiento posiblemente alcanzable. Dentro de (Manrique, 2019) se realizaron los ajustes
de disminución de agua pertinentes en los diseños a cada cantidad y combinación de aditivos,
con excepción de las mezclas de 1% de superplastificante y 0.3% de retardante, las cuales no
desarrollaron resistencias de acuerdo a lo proyectado.
Ahora bien, dentro de las características otorgadas a los concretos que usan estos tipos de
aditivo, se ha podido observar la mejora en las capacidades de resistencia a la compresión y
trabajabilidad, destacando en gran manera los superplastificantes; al igual que estas
propiedades los concreto en presencia de estos tipos de agregados presentan un mejor
comportamiento de mantenimiento de masa y resistencia expuestos a altas temperaturas (300
°C), proporcional a la dosificación de aditivo, vuelve a destacar de gran forma el
superplastificante (Maanser et al., 2018).
Resulta lógico pensar entonces que al presentar diferencias en la medida en la que afectan a
los concretos por su cuenta, tendrán diferencias al trabajar en conjunto en diferentes
proporciones, diferencias que se dan al trabajar con aditivos de distintos orígenes, dado es el
caso del estudio (Zhang et al., 2016), donde se estudia el efecto de superplastificantes de base
ácido naftalenelfonico (BNS), ácido aminosonfónico (AS) y acido de policarboxilato (PC)
en conjunto de retardantes a base de ácido cítrico (CA) y gluconato de sodio (SG), donde los
resultados a fluidez y tiempo de fraguado indicaron que la menor cantidad de dosis (0.03%)
de SG en conjunto de 1.2% de BNS, fue óptima al tener mejores efectos en la trabajabilidad
por su mayor fluidez y menor pérdida de esta en comparación con demás combinaciones, se
27
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
aprecia bajas diferencias en el marco de la fluidez con el aumento de retardante hasta el
0.15% manteniéndose por encima de 250 mm; mientras que para AS (1.75%) hubo resultados
bastante similares, y con límite de efectos positivos en 0.12% para PC (1.25%), los
retardantes CA y SG tuvieron el efecto comparativo sobre la fluidez inicial, aumentando
ligeramente con el aumento del retardador, y la pérdida de fluidez se redujo
significativamente. En cuanto a la resistencia, con la adición de retardante se notó
disminución en cada una de las muestras en todas las edades con respecto a las mezclas con
solo uso de superplastificante, esta variación se vio directamente relacionada a la dosificación
de los retardadores de fraguado donde SG presentó las disminuciones más acentuadas,
teniendo en cuenta esto, se concluye que la dosificación óptima de retardantes es de 0.03%
(preferiblemente CA) en conjunto con 1.2%, 1.75% y 1.25% para los superplastificantes de
bases BNS, AS y PC, respectivamente.
Como se pudo ver, a todas luces estos resultados se muestran limitados en relación a los fines
de esta investigación debido a que no se tiene en cuenta los efectos que puede tener el
agregado silíceo, razón por la cual es necesario continuar con el desarrollo de la misma.
3. CAPITULO 3: INCIDENCIA DE LOS ADITIVOS DE ACUERDO A LOS
AGREGADOS PÉTREOS
Dentro de este capítulo se analizará las variaciones que pueda generar en el concreto el
empleo de distintas dosificaciones de aditivos, cuando estos se encuentren con presencia de
agregados silíceos en la matriz de concreto, a partir de la comparación de los resultados
presentes del compilado de investigaciones pertinentes a nivel local, nacional e internacional.
3.1 AGREGADOS SILÍCEOS
La interacción de los aditivos de interés en la presente con los agregados de origen silíceo
toma gran importancia a plantearse un concreto de alto desempeño para las poblaciones con
disposición de este tipo de materiales. Se presenta a nivel local el estudio (Cogollo &
Morales, 2020), donde los autores evalúan la incidencia en las propiedades de un concreto
con un diseño de mezcla propuesto en base a la caracterización de agregados (Origen, forma,
tamaño..), la utilización de cemento tipo I y dosificación de aditivo superplastificante (de
origen basado en policarboxilatos).
28
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Esta investigación, en cuanto al asentamiento, tuvo los siguientes resultados (Ver Tabla 12),
los cuales sugieren que existe una relación directa entre la cantidad de superplastificante y
tamaño de agregado máximo con los revenimientos obtenidos, debido a que mayor TMN de
mezcla, mayor es el incremento inicial con aditivo a razón de 0.2%, pasando en todos los
casos de una consistencia plástica a húmeda, siguiendo esta tendencia de aumento en relación
a los tamaños de partícula y dosificación de reductor de agua con la excepción del agregado
de ¾” a 0.8% de dosificación, cuyo incremento superó las expectativas, sin embargo el caso
de TMN 1” con 0.8% con un ligero menor incremento respecto a su patrón, se mantuvo como
la muestra con mayor asentamiento.
Los autores dentro de su investigación atribuyen el diferencial en los resultados para los
distintos TMN a la forma y relación de caras específicas en los agregados, las cuales
intervienen en su interacción dentro de la mezcla con el cemento mientras que la relación
entre dosis superplastificante y asentamiento es soportada por otras investigaciones a nivel
internacional como lo es (Mayta, 2014) donde se observa la misma relación directa, donde al
aumentar las dosificaciones se encuentran mayores revenimientos y mejor comportamiento
con respecto a perdida de estos en el tiempo para mezclas con relaciones de agua – cemento
desde los 0.4 a 0.6; cabe destacar que el aditivo usado está compuesto a base de naftaleno
sulfonado.
29
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Tabla 12. Resultados de ensayo de revenimiento de cada muestra
T.M.N. Dosificación Asentamiento (in) Asentamiento (mm) Consistencia Incremento
(%)
1" 0.0% 3.74 95 Plástica(media) ---
0.2% 5.90 150 Húmeda 57.75
0.4% 7.48 190 Muy húmeda 100.00
0.6% 9.44 240 Súper Fluida 152.41
0.8% 10.63 270 Súper Fluida 184.22
3/4" 0.0% 3.40 86 Plástica(media) ----
0.2% 5.00 127 Húmeda 47.06
0.4% 7.00 178 Muy Húmeda 105.88
0.6% 8.00 203 Súper Fluida 135.29
0.8% 10.00 254 Súper Fluida 194.12
1/2" 0.0% 3.15 80 Plástica(media) ---
0.2% 4.30 109 Húmeda 36.51
0.4% 5.90 150 Húmeda 87.30
0.6% 6.70 170 Muy Húmeda 112.70
0.8% 8.66 220 Súper Fluida 174.92
Fuente 15. (Cogollo & Morales, 2020)
La resistencia a la compresión, propiedad de gran importancia para el concreto, también fue
estudiada por los investigadores locales, ensayando para cada uno de los TMN y
dosificaciones pertinentes a edades de 7, 14 y 28 días. Para agregado de TMN 1” se observa
la variación del comportamiento a continuación:
Figura 4. Relación entre porcentajes de aditivo aplicado y carga resistida por el concreto a edades de 7, 14 y 28 días
para TMN 1"
Fuente 16.(Cogollo & Morales, 2020)
30
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Donde se refleja que a mayor porcentaje de superplastificante, mayor es la resistencia
reportada, donde dosificaciones de 0.2% y 0.4% muestran un desempeño bastante similar,
con un comienzo ligeramente inferior a lo esperado a edad temprana para 0.4% y ligeramente
superior a 0.2% a los 28 días, sin embargo para 0.6% y 0.8% se vuelve a apreciar un aumento
significativo, claramente no hay una progresión del todo consistente, además se destaca que
en términos de resistencia, de los 31.7 MPa para la mezcla patrón se llegó hasta 42.54 MPa
y 45.23 MPa, una mezcla de alto desempeño, con 0.6% y 0.8% respectivamente. Se observan
los incrementos porcentuales a continuación, donde destaca el pobre incremento con respecto
a dosificaciones anteriores, sin contar la dosificación de 0.2%, lo que podría indicar que la
cantidad óptima se encontrará en el rango inferior:
Tabla 13. Incremento porcentual de la resistencia a la compresión a los 28 días respecto a la muestra patrón y respecto a
la dosificación inmediatamente anterior para TMN 1”
1" f´c prom. Unidad f´c prom. Unidad
INCREMENTO porcentual respecto a
patrón dosificación anterior
0.0% 322.30
Kg/cm2
4604.24
PSI
---
0.2% 399.59 5708.31 23.98 23.98
0.4% 401.75 5739.24 24.65 0.54
0.6% 431.93 6170.32 34.01 7.51
0.8% 459.26 6560.77 42.49 6.33
Fuente 17.(Cogollo & Morales, 2020)
El comportamiento para los TMN restante fueron los siguientes:
Figura 5. Relación entre porcentajes de aditivo aplicado y carga resistid por el concreto a edades de 7, 14 y 28 días para
TMN 3/4"
Fuente 18.(Cogollo & Morales, 2020)
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Figura 6. Relación entre porcentajes de aditivo aplicado y carga resistid por el concreto a edades de 7, 14 y 28 días para
TMN 1/2"
Fuente 19.(Cogollo & Morales, 2020)
Se resalta que para estos casos, primeramente se reportaron menores valores de resistencia,
con promedio de 28.65 MPa para la mezcla patrón de ¾” mejorado hasta 34 MPa con 0.4%
de superplastificante y de 25.94 MPa hasta 33.66 MPa con 0.8%. Como sugieren estos datos
y la forma que toma el gráfico para el caso de ¾”, se tuvo una irregularidad en las
dosificaciones mayores a 0.4% de las cuales se esperaban incrementos, sin embargo al
observar el caso siguiente de ½”, el comportamiento vuelve a estar dentro de lo esperado y
se identifica la recepción positiva a la dosificación de 0.4% a mayor edad, lo que en conjunto
con el gran incremento y desempeño dado en el caso de 1”, posiciona esta dosificación como
candidata a ser optima a nivel general de superplastificante con agregados silíceos (sin dejar
de lado el hecho de que la consistencia sería húmeda o muy húmeda de acuerdo a la
granulometría y datos de la misma investigación), a pesar de los datos irregulares los cuales
no se tendrán en cuenta, apoyándose en la teoría de los investigadores de la sobredosificación
de cemento debido a que la diferencia en la superficie especifica de los agregados modificará
la relación de agua – cemento.
Cabe destacar que si bien en el estudio (Mayta, 2014), no es especificado el origen de los
agregados usados y cuentan con un superplastificante de origen distinto al utilizado en
investigaciones locales, los resultados obtenidos en los ensayos muestran que la resistencia
a la compresión tiende a mejorar con el aumento de dosificación hasta la cantidad de 0.65%,
con la cual se alcanza en 3 días el 70% de la resistencia obtenida por la mezcla patrón a 28
días, y se empieza a desmejorar esta propiedad con dosis mayores, aplicando para relaciones
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
de agua cemento de 0.4, 0.5 y 0.6. Se nota que los tiempos de fraguado final aumentan desde
1.6% hasta 14.9% de forma directamente proporcional a la aplicación de superplastificante.
4. CAPITULO 4: ANÁLISIS DE LOS AGREGADOS
En este capítulo se tratará el comportamiento de los concretos con uso de todo tipo de
agregado de origen calizo y silicio (para efectos de comparación de comportamiento), donde
las dosificaciones de aditivos (si se presentan) serán constantes.
4.1 ANÁLISIS DE LOS AGREGADOS CALIZOS
A partir de los estudios realizados (Zeyad & Almalki, 2020), donde los autores evalúan la
incidencia en las propiedades de un hormigón autocompactante a base de humo de sílice para
reducir los porcentajes de cemento en combinación con un agregado grueso de tipo calizo.
Se evaluó la trabajabilidad en diferentes períodos de mezclado (15, 30, 60 y 90 minutos a
partir de la adición de agua a la mezcla) y dosis aumentadas de superplastificante (a base de
policarboxilatos) (1,5%, 2%, 2,5% y 3% de cemento masa) sobre las propiedades de las
mezclas y una proporción constante de agua para todas los diseños de mezclas (200 kg/m3).
Figura 7. Resultados del flujo de asentamiento.
Fuente 20. (Zeyad & Almalki, 2020)
La Figura 7 muestra claramente que para la dosis del 1.5% de aditivo, el asentamiento del
concreto autocompactante disminuyó a causa del aumento en el tiempo de mezclado de 15
min a 90 min, debido a este aumento, en la mezcla se provoca la evaporación del agua
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
acelerando así el proceso de hidratación. También existe la posibilidad de un desgaste o
aplastamiento significativo en el agregado calizo, lo que conlleva a una mayor área
superficial y por tanto a mayores cantidades de agua. En todo caso para un periodo constante
de 15 minutos en los ensayos, se manifestó un aumento notorio en el asentamiento a razón
del aumento en las cantidades del superplastificante.
Se presenta un incremento en los valores del asentamiento, segregación y porcentajes de
sangrado al aumentar la dosis utilizada de superplastificante de 1.5% a 3% para 90 minutos
de tiempo de mezclado, superando la muestra patrón desde valores de 135% hasta 220%.
Figura 8.Resultados de las pruebas de resistencia a la compresión.
Fuente 21.(Zeyad & Almalki, 2020)
Como se pudo evidenciar en la Figura 9, las propiedades del concreto endurecido se vieron
afectadas negativamente por el incremento del tiempo de mezclado, ejemplo de ello son los
resultados para la resistencia a la compresión en 28 días, con dosis constante de
superplastificante constante del 1.5% y aumento en el tiempo de mezcla de 15 min, 30 min,
60 min y 90 min con una disminución del 6%, que va del 36.3, 35.6, 34.2 y 33.3 Mpa
respectivamente. Al igual, se presentó una disminución en la tracción indirecta y en la flexión
en un 7% y 4% respectivamente.
34
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Figura 9.Relación entre fuerza compresiva y segregación.
Fuente 22.(Zeyad & Almalki, 2020)
En lo que concierne a la dosificación constante de superplastificante de 1.5%, el ensayo a la
compresión a los 90 días, se vio afectado negativamente con una ligera reducción del 3% al
aumentar de 15 minutos a 90 minutos el tiempo de mezcla, mientras que, cuando la dosis de
superplastificante de 1.5% aumentó a 2%, 2.5% y 3% en el tiempo de mezcla de 90 minutos,
la resistencia a la compresión mejoró ligeramente. Es de notar que los investigadores
eligieron hacer comparaciones de resistencias con respecto a solo 90 minutos de tiempo de
mezclado, lo cual no nos permite visualizar el comportamiento a dosificaciones mayores para
los demás tiempos de mezclado. Además, se evidencia los problemas que se pueden presentar
en las mezclas de concreto debido a la resistencia de los materiales calizos utilizados, los
cuales se aplastaron durante estos tiempos extendidos, aumentando la superficie especifica
de agregado; indicador de que se deben usar materiales pétreos de mejores características
mecánicas.
4.2 ANÁLISIS DE LOS AGREGADOS SILÍCEOS
Para empezar con el análisis que nos permita determinar la idoneidad de los agregados de
origen silíceo en las mezclas de concreto, se parte de la base de que existe una correlación
directa entre la resistencia a la compresión de la roca usada como agregado y la del hormigón,
teniendo en cuenta que en pruebas comparativas los agregados del tipo silíceo presentan
mayor resistencia promedio a la compresión que agregados calcáreos, de mármol y toba, y
se destaca que solo rocas con alto contenido de sílice, como granito y andesitas, presentan
mayor resistencia promedio a la compresión (Naderi & Kaboudan, 2020). Tomando lo
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
anterior en consideración y sumado al hecho de que ha sido demostrada la capacidad de los
agregados silíceos expandidos granulares de ser utilizados para la obtención de altas
características mecánicas, en casos de concreto liviano (Inozemtcev, 2020), es interesante el
estudio de este origen mineralógico en profundidad, en búsqueda de la obtención de
concretos de alto rendimiento con ayuda de los aditivos objeto de estudio en la presente
investigación.
Así pues se estudia el comportamiento general de los materiales silíceos, obteniendo buenos
resultados, aún expuestos a altas temperaturas (de hasta 750 °C), donde su contenido poroso
tiene poca varianza con el aumento de temperatura, con pérdidas de masa en el orden de la
milésima, tomando un rol importante en esta estabilidad térmica la cristalización y micro
estructura de cuarzo en los agregados silíceos, lo que se traduce en concretos con menor
perdida de resistencia a la compresión en presencia de alta temperatura (Xing et al., 2011).
A nivel local se cuenta con la investigación (Torres et al., 2019), la cual indica la importancia
de estudiar el desempeño mecánico del concreto aprovechando la proximidad y cantidad de
agregado de origen silíceo disponible, en conjunto de humo de sílice, como material
cementoso suplementario con el fin de cubrir los mecanismos de fractura interno que se
pueden dar por las características intrínsecas de los agregados y dar mayor densidad a la
mezcla final lo que evitará la penetración de agentes externos, como lo es el agua la cual
podría desencadenar la reacción álcali-sílice, generando grandes daños. En cuanto a los
resultados obtenidos por la investigación primeramente se tendrá en cuenta que se usó como
material aglutinante cemento tipo HE (alta resistencia inicial) según la norma ASTM C1 157,
con agregados gruesos y finos cuyo origen mineralógico es silíceo en presencia de aditivos
superplastificante (de origen basado policarboxilatos) y retardante en dosificaciones muy
bajas (<1%).
Con las consideraciones en cuenta, se obtuvieron los siguientes resultados:
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Figura 10. Resistencia a la compresión para los tres tipos de agregado silíceo analizados a los 14 días
Fuente 23.(Torres et al., 2019)
Primeramente se observan los resultados de ensayar a resistencia a la compresión a 14 días,
para cada uno de los TMN, donde destacó el tamaño de ½”, separados por la dosificación de
humo de sílice empleada, de esta forma para un 10% de dosificación de este material se
obtuvieron los mayores resultados, con aumentos que van desde el 16.6% hasta los 42.6%,
atribuyéndole la no correspondencia con el comportamiento de las muestras de TMN 1” y
dosis de humo de sílice a errores en los procedimientos.
Al revisar los aumentos de resistencia obtenidos, se destacan los agregados de ¾” por su
receptibilidad, dando grandes cambios a la menor dosificación, lo cual da cabida a futuras
investigaciones con respecto a este tamaño de agregado para este origen mineralógico.
En cuanto a los valores de resistencia para edades de 28 días (Figura 11), la percepción de
que a mayor cantidad de humo de sílice mejor comportamiento mecánico, que se pudo haber
dado en un inicio se enfrenta al hecho de que el porcentaje con mejor comportamiento para
edades más avanzadas se encontró en el 7%, donde se vieron incrementos desde 22.5% hasta
43.9%, siendo el agregado de ½” con mejor desempeño y de 1” el más deficiente lo que lo
posiciona como candidato a ser porcentaje óptimo, cabe destacar que todos los concretos
superaron los 48 MPa, por lo que a nivel nacional son reconocidos como de alta resistencia.
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Figura 11. Resistencia a la compresión para los tres tipos de agregado silíceo analizado a los 28 días
Fuente 24.(Torres et al., 2019)
La conjetura de que 7% de humo de sílice sea óptimo para el trabajo con aditivos
superplastificantes y retardantes usando agregados silíceos, se respalda gracias al estudio de
origen indio (Vivek & Dhinakaran, 2017), que bajo las condiciones de agregados silíceos,
cemento tipo I y dosificación invariable de superplastificante (similares al estudio local),
muestra la siguiente tendencia, identificando SF, como humo de sílice:
Figura 12. Efectos de la escoria de alto horno, humo de sílice y metacaolín en concreto autocompactante
Fuente 25.(Vivek & Dhinakaran, 2017)
Con una clara disminución de resistencia a la compresión para contenidos de humo de sílice
de 5% al 10% y teniendo en cuenta los costos de realizar reemplazos al cemento, que dentro
del estudio determina que existe una relación beneficio/costo inversamente proporcional a la
cantidad de reemplazo realizada, se concluye que este intervalo es el recomendado para la
aplicación. Para la cantidad óptima dentro de este intervalo, se toma el estudio (Alsanusi,
2013) donde se concluyó que no más del 6% de humo de sílice es sugerido para reemplazos,
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
adoptándolo como nuevo límite inferior del intervalo y tentativamente 7% como extremo
superior, al observar el comportamiento superior en el estudio local.
Cabe destacar que dentro del estudio (Elemam et al., 2020), se concluye que al trabajar con
superplastificantes a base de policarboxilatos y micro materiales, el incremento de contenido
de humo de sílice aumentará la demanda del reductor de agua de alto rango por lo que es
conveniente trabajar en el rango inferior en presencia de estos aditivos. Además se observa
que a pesar de este incremento en la demanda, la investigación a nivel local logró obtener
comportamientos mecánicos superiores a los de base, en proporciones de reemplazo similares
al estudio indio, donde los comportamientos fueron inferiores a su base, cuya diferencia
fundamental son las dosificaciones fijas y el origen químico de superplastificante usado.
En base a lo anterior se da pie a creer una posible mejor relación con materiales y micro
materiales del origen silíceo con los aditivos del origen de policarboxilatos (usados en el
estudio a nivel local) en comparación con los aditivos del origen de naftaleno sulfonado
(origen del estudio indio), lo cual es soportado al tener en cuenta que concretos de alta
resistencia con el uso de humo de sílice y superplastificantes de origen químico
policarboxilatos, forman una combinación efectiva de agentes dispersantes, siendo la
dispersión de las partículas ultra finas, crucial para el correcto desarrollo de resistencia (Plank
et al., 2015), además de reafirmar el beneficio en la interacción con retardantes (por el uso
de este en proporción baja dentro del estudio local).
Es conveniente recordar que dentro de los materiales silíceos usados en construcción se
encuentran, en una escala de tamaño inferior al humo de sílice (escala micro), los nanosílices
cuyos efectos son similares al humo de sílice en cuanto a aumentar la densidad en la mezcla
se refiere, donde el uso de 1% del nano material tiene un efecto aproximado al uso de 10%
de microsílice a edad de 90 días (Gesoglu et al., 2016), relación en efectividad que se puede
dar por la mayor tendencia a la aglomeración por las grandes fuerzas de Van der Waals inter
partículas en el nanosílice, en comparación con microsílices debido a su tamaño menor
(Quercia et al., 2012); ante esto, en forma de reto a futuro para estos materiales se ha
propuesto la modelación termodinámica y de interacción cinética entre las superficies de las
nano partículas y las fases cementosas, para la optimización y diseño de nano aditivos para
productos a base de cemento (Reches, 2018).
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
En cuanto a la trabajabilidad, dentro del estudio local se encontró en todo momento por
encima de 100 mm sin segregación, al realizar los ensayos, los autores observaron una
variación del asentamiento con el número de muestras fabricadas, sin embargo se logró
apreciar una clara diferencia entre las mezclas, determinando así que para TMN de ½” se
tendrán menores valores de trabajabilidad (se realizaron 3 muestras de cilindro y 3 de
viguetas para obtener valores promedios), como se observa a continuación:
Figura 13. Valores de Slump promedio
Fuente 26.(Torres et al., 2019)
Dentro de la investigación, la extensiva caracterización de los agregados utilizados permitió
a los autores explicar este fenómeno, relacionándolo a la absorción por la superficie
específica y pequeño tamaño de las partículas, se rescata el uso de plastificantes en este caso
específico para mantener el asentamiento por encima de los 100 mm.
La idea sobre la idoneidad de los agregados del tipo silíceo en conjunto con los aditivos
estudiando, sigue siendo fortalecida por estudios de mayor tiempo, como lo es (Baltazar
et al., 2007), donde se establece que mezclas de concreto con agregado grueso silíceo
triturado de 19 mm (3/4”) de tamaño máximo, arena de cuarzo (alto contenido silíceo) y
relaciones agua cemento de 0.45 y 0.65, con resistencias de diseño f´c=350 kg/cm2 y 210
kg/cm2 respectivamente (34.3 MPa y 20.6 MPa), con el uso de plastificante en una
dosificación del 0.3%, presentando las siguientes propiedades físicas:
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Tabla 14. Propiedades físicas de los concretos empleados
Fuente 27 .(Baltazar et al., 2007)
Identificadas, la resistencia a la compresión (f’c), resistencia a la penetración de agua (m),
coeficiente de absorción capilar (ka) y la porosidad efectiva (ρ) y haciendo énfasis en que la
resistencia a la compresión obtenida fue mayor a la resistencia esperada, para la relación de
0.45 en alrededor de 50% y para relación de 0.65 en aproximadamente 94%, con
revenimientos de 100 mm, una vez más, el uso de TMN de ¾” en este tipo de agregado
vuelve a dar indicios de ser preferible sobre otros, por lo que se deberá hacer mayor
investigación al respecto.
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
5. CONCLUSIONES
A lo largo del presente manuscrito se han recopilado, analizado comparativamente,
complementado y criticado los resultados y procedimientos de múltiples investigaciones
desde el nivel local hasta el internacional, acogiendo los objetivos de la presente monografía,
se llegan a las siguientes conclusiones por parte de los autores:
En lo que respecta a la incidencia en la resistencia, la dosificación de retardante tiene
poca influencia en su desarrollo, pero da lugar a ligeros aumentos en su mayor parte
debido a la reducción ligera que hace en el agua de mezclado necesaria (Inferior al
12%). Por su parte los superplastificantes reflejan un aumento considerable en la
resistencia a la compresión, que es directamente proporcional a la dosis hasta el
intervalo de valores óptimos recomendado por los investigadores, después del cual
los aumentos con respecto a dosificaciones inferiores tienen efectos menos
perceptibles, siendo desde el punto de vista económico, no viables.(Manrique,
2019)(Cogollo & Morales, 2020).
En cuanto a la incidencia en la trabajabilidad, la dosificación de retardante tiene
aumentos considerables (de hasta 14%) en los asentamientos de las mezclas de
concreto y como cualidad más importante, está en reducir la perdida de este
asentamiento, manteniendo concretos trabajables por mayor cantidad de tiempo. Los
superplastificantes suponen grandes incrementos en los asentamientos, los cuales
siempre son en relación directa a la dosificación de aditivo a utilizar, sin embargo se
pueden llegar a tener consistencias demasiado fluidas lo cual no es conveniente para
uso estandarizado, por lo que a efectos de trabajabilidad la dosificación recomendada
es la suficiente para una consistencia fluida, objetivo fácilmente alcanzable a bajas
dosificaciones.(Cogollo & Morales, 2020)(Aponte, 2017)(Minauro & Panduro,
2020).
En lo que concierne a la incidencia en los tiempos de fraguado, como era de esperar,
el aditivo retardante tiene efectos considerables en estos, pero se destaca que a muy
bajas dosificaciones se puede tener una ampliación de tiempo considerable; mientras
que los superplastificantes tienen muy poca incidencia pero si llegan a generar ligeros
efectos retardantes.(Zhang et al., 2016)(Rasheed et al., 2018).
42
EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
Con referencia al comportamiento de los aditivos en presencia de agregados de origen
silíceo, este tipo de agregados demostraron tener un excepcional comportamiento a
compresión, por lo que se espera que las mezclas de concreto tendrán buenos
comportamientos en este apartado, además, este tipo de aditivos mostró tener efectos
compatibles con el comportamiento de estos agregados, tal es el caso de la estabilidad
térmica. Se habló al respecto que los agregados silíceos en el ámbito de la
construcción también existían en formato de micro y nano materiales, para los cuales
se descubrió que estos aumentan la demanda de superplastificantes pero a su vez se
visualizó que las dosificaciones de retardantes pueden dar disminución a esta
exigencia mayor. Dentro de todos los superplastificantes estudiados, los que tienen
origen químico de policarboxilatos, tienden a una mejor relación y superan
resistencias patrón en altas presencias de sílice, por el contrario para
superplastificantes de naftaleno sulfonado se observó tendencia a una mala relación.
(Xing et al., 2011)(Gesoglu et al., 2016)(Elemam et al., 2020)(Naderi & Kaboudan,
2020)
En lo relacionado con el trabajo conjunto de los aditivos de estudio, se observó que
da como resultado mezclas de concreto con alta resistencia a la compresión y
trabajabilidad debido a los valores de asentamiento inicial mejorados (por acción del
superplastificante), que se mantendrán por la reducción en la velocidad de perdida y
extensión del tiempo de fraguado (por acción del aditivo retardante), afectando
mínimamente al desarrollo de la resistencia mejorada. (Zhang et al., 2016)(Manrique,
2019)
En última instancia, se presentan las siguientes dosificaciones recomendadas para un
diseño óptimo:
o Dosificación de superplastificante optima: 0.4% - 0.65%, recomendado 0.5%
(Origen policarboxilato).
o Dosificación de retardante optima: 0.03% - 0.15%, recomendado 0.03%
(Origen ácido cítrico)
o Dosificación de micro materiales optima: 0.6% -0.7%, recomendado 0.65%
o Dosificación de nano materiales optima: recomendada en base a relación con
humo de sílice estudiada, 0.065%
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LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
o Dosificación de superplastificante y retardante en conjunto, optima: 0.5% y
0.03%
Gracias al desarrollo de la presente, además de servir como una lectura introductoria a la
investigación de materiales con información actualizada y pertinente, los investigadores
tenemos el gusto de entregar una investigación que será de ayuda al desarrollo local, de la
mano de la universidad de Cartagena.
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
6. RECOMENDACIONES
Las dosificaciones recomendadas se obtuvieron mediante el análisis comparativo de
los resultados obtenidos desde nivel local hasta nivel internacional, por lo que pueden
ser muy generales y por tanto variar conforme a la localidad (recordando que la
temperatura ambiente influye en la dosificación de retardante), de manera que se
recomienda realizar un estudio experimental a nivel local que busque corroborar las
conclusiones aquí obtenidas.
A lo largo de la discusión de resultados, se resalta el TMN de agregado silíceo de ¾”,
destacando por presentar altos índices de aceptación de los aditivos tratados, por ese
motivo, es recomendado el estudio experimental de este en presencia de agregados
silíceos y aditivos del tipo superplastificante y retardante para determinar si puede
ser el TMN óptimo en una mezcla de alto rendimiento elaborada con los materiales
nombrados.
Los superplastificantes de distintos origen siguen la misma tendencia en generalidad
pero en casos específicos de presencia de material silíceo difieren, se recomienda
realizar estudio experimental donde se enfrente superplastificantes de
policarboxilatos y naftaleno sulfonado en presencia de agregado silíceo.
Debido a la compatibilidad mostrada por los aditivos y origen de agregado estudiado
en estabilidad térmica, se recomienda hacer estudio experimental donde los tres
elementos actúen en conjunto.
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EFECTO COMBINADO DE LOS SUPERPLASTIFICANTES Y
RETARDANTES EN LAS PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE
LOS CONCRETOS CON EL USO DE AGREGADOS SILÍCEOS
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