evolucion de los aditivos en el hormigon. … · fundamental para la durabilidad y colocación del...

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

Licenciado Ciencias Quimicas

jefe de zona Levante BASF CCE SL

EVOLUCION DE LOS ADITIVOS EN EL HORMIGON. Presente y futuro. 5 MARZO 2014

BASF en el mundo

05.03.2014 JUAN JOSE OLCINA SANTOS 2

73.497

8.586

111.141

Ventas (millones de €)

(+15% respecto a 2010)

Beneficio-EBIT (millones de €)

(+11% respecto a 2010)

Colaboradores (+2% respecto a 2010)

Érase una vez… 2000 años a.C.


Notas historicas

EPOCA ROMANA Clara de huevo como aireante-plastificante.

1895 Cal grasa (FRANCIA).

1923 Sulfonatos (EEUU).

1923 Naftalenos sulfonados (EEUU).

1930 Lignosulfonatos.

1940 Aireantes.

1960 Naftalenos sinteticos.

1965 Melaminas sinteticas.


EL HORMIGÓN Y LOS ADITIVOS

Presente en casi todos los hormigones.

Gran numero de controles.

Fundamental para la durabilidad y colocación del hormigon.

Los aditivos se presentan ya como componentes indispensables.

Sin embargo, deben conocerse las ventajas y las limitaciones de cada familia de aditivos para su óptimo funcionamiento y rendimiento.


CLASIFICACIÓN DE LOS ADITIVOS Clasificación según aplicación


Aditivos que reducen agua Aditivos que reducen agua Plastificantes / Reductores de agua Superplastificantes / Reductores de agua de alta actividad Polifuncionales

Aditivos de acción específica Retardantes y acelerantes de fraguado Inclusores de aire Hidrofugantes e impermeabilizantes Anticongelantes


ADITIVOS QUE REDUCEN AGUA Tipos y funciones

Tres familias básicas

PLASTIFICANTES / REDUCTORES DE AGUA

SUPERPLASTIFICANTES / REDUCTORES DE AGUA DE ALTA ACTIVIDAD

POLIFUNCIONALES

Acción principal: Actúan como dispersantes del cemento GENÉRICAMENTE DENOMINDADO EFECTO PLASTIFICANTE

Efectos intrínsecos al empleo del aditivo

Capacidad fluidificante/reductora de agua Evolución de resistencias

Mantenimiento de efecto

Retraso de fraguado


Uso de los aditivos para hormigón

Resistencia :> A Consistencia: < B

Resistencia := A Consistencia: = B

Resistencia := A Consistencia: > B

Resistencia := A Consistencia: = B

Resistencia :> A Consistencia: = B

Resistencia :< A Consistencia: > B

+ RA

+ agua

- agua

- agua + RA

- agua - cemento + RA


ADITIVOS QUE REDUCEN AGUA Aditivos plastificantes/reductores de agua

Aditivo que, sin modificar la consistencia, permite reducir el contenido de agua de un determinado hormigón, o que, sin modificar el contenido de agua, aumenta el asiento (cono/escurrimiento), o que produce ambos

efectos a la vez.

Efecto secundario principal: retraso de fraguado. Reducción de agua limitada por el efecto retardante. Al incrementar la dosificación, aumenta considerablemente el efecto

retardante de fraguado. Ofrecen un buen mantenimiento de la consistencia. Sobredosificados, pueden producir oclusión de aire y reducen resistencias

mecánicas.


Aditivos plastificantes/reductores de agua Composición

Las materia primas típicas con efecto plastificante son varias: – Lignosulfonatos modificados – Polialcoholes – Ácidos polihidroxilados, pce PRESENTE – Polisacáridos específicos

El mecanismo de actuación es específico para cada uno. Basado en la química de adsorción sobre superficies sólidas, que generan diferencias

de potenciales superficiales.

Los lignosulfonatos son las materias primas principales más comunes: -Se obtienen a partir de madera, a partir de procesos de fermentación, sulfonación, fraccionamiento… - Secuencias poliméricas irregulares (fenil-propano sustituido) -Su secuencia química y composición, y por lo tanto su efecto, depende tanto del proceso de síntesis y diseño del producto final (presencia de agentes auxiliares) como de la procedencia de la materia prima para su elaboración: la madera.


Aditivos plastificantes/reductores de agua Proceso de síntesis

El tipo de madera es el primer factor clave que determinará las características del lignosulfonato obtenido. Depende de... Lluvias... Sol... Factores climáticos...


Aditivos plastificantes/reductores de agua Composición química

Secuencias típicas de un lignosulfonato

La secuencia y naturaleza de la estructura es fundamental en el rendimiento del lignosulfonato


Aditivos plastificantes/reductores de agua Composición química

Debido a la dualidad de caracteres hidrofílicos e hidrofóbicos, en solución acuosa el lignosulfonato se halla formando microgeles cerrados, orientando los grupos ionizados al exterior.

Su porcentaje de ionización, depende del número de grupos activos, del pH, etc, y puede modificarse por la acción de compuestos específicos.


Aditivos plastificantes/reductores de agua Mecanismo de acción

DISPERSIÓN

Se genera un proceso de repulsión entre partículas, responsable del efecto dispersante del aditivo plastificante.


Aditivos plastificantes/reductores de agua Mecanismo de acción

La actividad del lignosulfonato cede cuando el crecimiento de los hidratos invade su zona de actuación. Se pierde el efecto de la densidad

de carga negativa y cede la capacidad de repulsión.


ADITIVOS QUE REDUCEN AGUA Aditivos superplastificantes/reductores de agua de alta actividad

Aditivo que, sin modificar la consistencia, permite reducir fuertemente el contenido de agua de un determinado hormigón, o que, sin modificar el

contenido de agua, aumenta el asiento (cono/escurrimiento), o que produce ambos efectos a la vez.

No producen retraso de fraguado, prácticamente con independencia de la dosificación usada.

Reducción de agua superior, tanto por una mayor capacidad reductora de agua natural del aditivo como por no ofrecen límite de dosificación por retraso de fraguado.

Mantenimiento de consistencia limitado. Sobredosificados, pueden producir exudación y segregación.


Aditivos superplastificantes/reductores de agua de alta actividad Composición

Las materia primas típicas con efecto plastificante son varias: – Condensados de formaldehido-β-naftalensulfonato (BNS)

Condensados de formaldehido-melaminasulfonada (MNS) – Sales de éter policarboxílico (PCE)

Mecanismo similar al de los plastificantes convencionales, pero

con una intensidad más pronunciada.


Aditivos superplastificantes/reductores de agua de alta actividad Estructura química

BNS Condensado de formaldehido

naftaleno sulfonado

MNS Condensado de formaldehido

melamina sulfonada

Son polímeros de síntesis


Zona hidrofóbica

SO 3 -

SO 3

SO 3

-

-

_

_ _

_

_

_ +

+

+ +

+ + +

+ +

+ +

+ +

+

+

+

Repulsión

Partícula de cemento

Fase C3A BNS

Aditivos superplastificantes/reductores de agua de alta actividad Mecanismo de acción


- N

N

N N

N N - -

- N

N

N N Repulsión

Repulsión Repulsión



Aditivos superplastificantes/reductores de agua de alta actividad Estructura química

Cadena principal

Unidad de anclaje

Cadena lateral

Terminación cadena lateral



Mecanismo de dispersión por impedimentos estéricos


ADITIVOS QUE REDUCEN AGUA Aditivos polifuncionales

Aditivo de propiedades comunes entre los aditivos reductores de agua / plastificantes y reductores de agua de alta actividad / superplastificantes.

Plastificantes Superplastificantes

Polifuncionales

0,3% 0,5% 0,7% 0,9% 1,1% 1,2% 1,4%

PLASTIFICANTES

POLIFUNCIONALES

SUPERPLASTIFICANTES


ADITIVOS INCLUSORES DE AIRE Introducción

Aditivo que permite controlar durante el amasado una cantidad controlada de pequeñas burbujas de aire, uniformemente repartidas, que permanecen después del endurecimiento.

Estos aditivos se caracterizan por una estructura común:

• Cadena hidrofóbica (cadena orgánica): repelente al agua (insoluble)

• Terminal hidrofílico (grupo sulfónico): alta solubilidad en agua


EFECTO AIREANTE Mecanismo de actuación

La dualidad de comportamientos frente al agua hace que el tensoactivo se organice formando estructuras llamadas miscelas. La miscela se estabiliza ocluyendo aire en su interior.

– El tamaño de la burbuja introducida depende de la longitud y secuencia de la cadena orgánica. Por lo tanto es controlable.

– Por la estructura de la miscela, la burbuja es siempre esférica. – La carga negativa exterior de la miscela crea repulsión entre “burbujas”, de tal

manera que estas se reparten uniformemente (reducido factor de espaciado).


INCLUSORES DE AIRE Características

Utilizados en hormigones sometidos a ciclos hielo deshielo y aplicados por extrusión (muros New Jersey, cunetas, medianas) Coste medio Dosis limitada: 0.1-0.3% Sobredosis: Pérdida de resistencia


ADITIVOS ACELERANTES DE FRAGUADO Introducción y características

Aditivo que disminuye el tiempo de transición de la mezcla para pasar del estado plástico al estado rígido.

CARACTERÍSTICAS Usados en tiempo frío, cementos lentos, etc. La reducción del tiempo de fraguado es función de varias condiciones (Tª, dosis...) Coste medio Dosis limitada Sobredosis: Poco efecto Pueden reducir las resistencias a largo plazo


ACELERADORES / RETARDADORES DE FRAGUADO Efectos sobre las resistencias


ADITIVOS HIDRÓFUGOS Introducción y características

Aditivo que reduce la absorción capilar del hormigón endurecido

CARACTERÍSTICAS El hormigón aditivado repele el agua. Prefabricado ligero (bloques y elementos de hormigón seco

compactado). Morteros de revoco. No se aconseja en elementos estructurales ya que pueden reducir

la adherencia entre hormigón y armadura.


La baja solubilidad de la molécula genera un mecanismo de reorientación en busca de la forma de mayor estabilidad.

Ocluyendo aire: solo en un % reducido Por migración

Mortero endurecido

Terminal hidrofílico

Terminal hidrofóbico

Aire

¡¡ La estabilización por

oclusión de aire no es

suficiente !!

H2O

Zona repelente al agua

EFECTO HIDROFUGANTE Mecanismo de actuación


EFECTO HIDROFUGANTE Mecanismo de actuación


ADITIVOS IMPERMEABILIZANTES Introducción

Aditivo que permite la fabricación de hormigones de reducida penetración de agua bajo presión.

CARACTERÍSTICAS: Utilizados en obras hidráulicas (canales, presas...) Reducen la relación A/C e interrumpen la red capilar Coste medio Dosis: 1- 3 % Sobredosis: Segregación


ADITIVOS COHESIONANTES Introducción

CARACTERÍSTICAS: Hormigones bombeados. Hormigones con deficientes granulometrías o faltos de finos. Diseñados para la fabricación de HAC. Su sobredosis implica pérdidas de consistencia. Dosis limitada, en función de las caracteríasticas del hormigón.

Incremento de la cohesión de la masa de mortero por la formación de un entramado químico, minimizando el riesgo de exudación y disgregación de la masa, sobretodo en hormigones de elevada fluidez y con deficiencia de finos.


ANTICONGELANTES Introducción

En tiempo frío Actúan como acelerantes y reduciendo el punto de congelación del agua A base de aminas, nitratos... Dosis: 1-2 % Sobredosis: Poco efecto

Los anticongelantes solo son una ayuda. Se han de tomar las precauciones para el hormigonado en tiempo frío (EHE Art.72)

Aditivo que permite hormigones en condiciones de baja temperatura, evitando los efectos secundarios producidos por el frío


ESPUMANTES

“Aditivos que permiten la formación de espuma durante el mezclado del hormigón o mortero para obtener masas de baja densidad” Para hormigones ligeros (celulares), con densidades 0.6 -1.5 kg/l Actúan ocluyendo gran cantidad de aire Dosis variable según efecto Sobredosis: Exceso de espuma y pérdida de resistencia


ADITIVOS PARA BOMBEO

“Aditivo que reduce la fricción entre el hormigón y los conductos de la bomba, permitiendo bombeos de mezclas de deficiente granulometría” Facilitan la puesta en obra del hormigón bombeado Aumentan la cohesión del hormigón Costo elevado Dosis reducida: 0.1 - 0.5 % Sobredosis: Excesiva cohesión


REDUCTORES DE RETRACCIÓN

“Aditivo que reduce la retracción por secado del hormigón” Se utilizan en hormigones especiales, rellenos, anclajes... Reducen la retracción y la fisuración Coste elevado Requiere dosis elevada Sobredosis: Retraso de fraguado


INHIBIDORES DE CORROSIÓN

“Aditivo que minimiza el efecto catalizador de la corrosión generado por los cloruros” Utilizados en ambientes con riesgo de corrosión (marinos, sales de deshielo...) Actúan interfiriendo el proceso de iniciación de la corrosión Costo elevado Dosis elevada: 5 l/m3 Sobredosis: Poco efecto


ADITIVOS PARA HORMIGONAR BAJO EL AGUA “Aditivo que reduce el efecto de lavado de la pasta de cemento producida por el agua del medio” En hormigones puestos en obra bajo el agua (obras hidráulicas, puertos, canales...) Evita que el agua “lave” el hormigón eliminando los componentes finos Coste elevado Dosis media sobre el 1% Sobredosis: Hormigón excesivamente espeso

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Futuro…

¿….?

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GRACIAS POR SU ATENCION

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