tecnología del concreto sesión 5

8/19/2019 Tecnología Del Concreto Sesión 5

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TECNOLOGÍA DEL

CONCRETO

ADITIVOS

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GENERALIDADES

Los aditivos son productos que, introducidos en pequeña porción en elhormigón, modifican algunas de sus propiedades originales, se presentanen forma de polvo, liquido o pasta y la dosis varia según el producto y elefecto deseado entre un 0.1 % y 5 % del peso del cemento.

Su empleo se ha ido generalizando hasta el punto de constituir actualmenteun componente habitual del hormigón. Sin embargo su empleo debe serconsiderado cuidadosamente, siendo importante verificar cual es suinfluencia en otras características distintas de las que se desea modificar.

El empleo de los aditivos permite controlar algunas propiedades del

hormigón, tales como las siguientes: Trabajabilidad y exudación en estado fresco. Tiempo de fraguado y resistencia inicial de la pasta de cemento. Resistencia, impermeabilidad y durabilidad en estado endurecido.

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GENERALIDADES

El uso de aditivos está condicionado por:Que se obtenga el resultado deseado sin tener quevariar sustancialmente la dosificación básica.

Que el producto no tenga efectos negativos en otraspropiedades del concreto.Que un análisis de costo justifique su empleo.

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Debido a que sus efectos son muy variados, una clasificación así esmuy extensa, además debido a que un solo aditivo modifica variascaracterísticas del concreto, además de no cumplir todas las queespecifica.


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CLASIFICACIÓN

La norma ASTM C 494 “Chemical Admixtures forConcrete”, distingue siete tipos:

TIPO A : Reductor de Agua

TIPO B : Retardador de Fraguado TIPO C : Acelerador de Fraguado TIPO D : Reductor de agua y Retardador. TIPO E : Reductor de Agua y Acelerador. TIPO F : Reductor de Agua de Alto Efecto. TIPO G : Reductor de Agua de Alto Efecto y Retardador

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MODOS DE USO

Los aditivos se dosifican hasta en un 5% del peso de la mezclay comúnmente son usados entre el 0.1 % y 0.5 % del peso delcemento.

La utilización de aditivos no debería, con toda objetividad sersubestimada o menospreciada. El efecto deseado y su uso lo describen los propiosfabricantes pero algunos son desconocidos incluso por ellos,por lo que es importante que antes de su uso se realicenpruebas a fin de constatar las propiedades del material.

El uso del aditivo debe incluirse en el diseño de mezcla deconcreto.

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ADITIVOS QUE MODIFICAN ELFRAGUADO Y ENDURECIMIENTO

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Son productos solubles en agua, que actúan químicamentemodificando las velocidades de disolución de los diversosconstituyentes del cemento.

A partir del momento en que el cemento se mezcla con agua, éstase satura, principalmente de cal y de sulfatos procedentes del yesoy de los álcalis. El aluminato tricálcico se hidrata rápidamente

produciendo un aluminato cálcico hidratado y un sulfoaluminato,posteriormente se hidratan los silicatos tricálcico y bicálcico, dandolugar a diversos compuestos hidratados.


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Estos productos son adicionados al concreto para reducirel tiempo de fraguado o acelerar el endurecimiento.

Los aceleradores permiten un endurecimiento rápido delconcreto a temperatura ambiente o un endurecimientonormal a baja temperatura.

La reducción del tiempo de endurecimiento permite undesmoldeo más rápido.

ACELERADORES DEL FRAGUADO YENDURECIMIENTO

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El cloruro de calcio , un subproducto del proceso de produccióndel carbonato de calcio y un subproducto de la producción delcarbonato de sodio.

Como acelerador, el CaCl 2 es comercializado bajo la forma desolución concentrada al 33 % - 35 %.

El formiato de calcio [Ca(HCOO)2] es un subproducto delproceso de producción de un alcohol polihidrico, el pentaritritol.

Como acelerador, el Ca(HCOO) 2es comercializado bajo laforma de polvo debido a la baja solubilidad en el agua(15% a

temperatura normal).

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La triétanolamina [N(C2H4OH) 3] es un producto soluble enel agua. Ella es producida por la reacción del amoniaco conel oxido de etileno

La triétanolamina es utilizada con otros aditivos.

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Para un cemento que contenga las proporciones normales enC3A, C3S, C2S, C4AF y yeso:

MECANISMO DE ACCIÓN11

El CaCl2, incremento la velocidad de hidratación dando lugar aresistencias iniciales altas y a una gran liberación de calor en susprimeras horas, al actuar como catalizador en las reacciones dehidratación del aluminato del cemento, formando y acelerando

la reacción entre el yeso y el C3A y el C4AF.


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• La tasa de hidratación del C 3S y del C2S aumentan, pero no hayninguna reacción química entre el CaCl 2 y los silicatos.

• El CaCl2 no reacciona de manera significativa con losconstituyentes del cemento durante las 2 a 6 primeras horas dehidratación, si bien que un fraguado rápido pueda desarrollarsedurante este periodo.

• Luego del periodo inicial de hidratación, la cantidad de CaCl 2 vaa disminuir hasta desaparecer completamente.

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MECANISMO DE ACCIÓN


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La formación de un nuevo producto de hidratación entre el C 3 Ay el CaCl 2 puede esquematizarse de la siguiente manera:

a) Desde el contacto entre el CaCl2 y el cemento, el yeso y elCaCl2 reaccionan con el C3A para dar respectivamente una

muy pequeña cantidad de etringita y de cloro-aluminato decalcio(C3A.CaCl2.10H2O).

b) El yeso continua reaccionando para formar la etringita, el CaCl2no reacciona más pero puede continuar promoviendo la hidrataciónde los silicatos.

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c) Cuando todo el yeso se consume, el CaCl 2 recomienza areaccionar con el C 3A para formar el C 3A CaCl210H 2O hasta elconsumo total del CaCl 2.

Los 3 productos finales de la hidratación serán:

C3A.CaCl2.10H 2O,

C4AH13,

C3A.CaSO

4.12H

2O

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Las resistencias más elevadasson alcanzadas entre el primer

y tercer día del curado. Laganancia de resistencia puedealcanzar entre el 30 à100% en

los primeros tres días. Estaganancia es significativa en elcaso de bajas temperaturas.

EFECTO SOBRE LA RESISTENCIA DCONCRETO

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% CaCl2

Resistencias a la compresión (kg/cm2)A las edades y temperaturas que se indican

1 día 7 días5ºC 20ºC 5ºC 20ºC

0 7 80 375 4951 40 130 420 5302 70 160 425 540



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EFECTO SOBRE EL TIEMPO DEFRAGUADO

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% Ca Cl2Tiempo de fraguado

Principio (h) Fin (h)

0 4.45 11.01 3.0 8.02 1.5 5.0


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Retraccón .

EFECTOS COLATERALES21

La retracción hidráulica posterior al fraguado de la pasta decemento se ve aumentada por la adición de cloruros, con loque también aumenta el riesgo de fisuración.

Durabilidad.

Cuando existe el riesgo de reducir la durabilidad del concretopor agentes externos, no se aconseja el empleo de cloruro de

calcio. Por ejemplo, la resistencia del cemento a ataques desulfatos se reduce al añadir CaCl2.Este efecto puede controlarse utilizando un cemento con bajocontenido en álcalis y con la adición de puzolanas.


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El efecto más negativo de estos aceleradores es la corrosiónde las barras de la armadura. En el concreto, la barra dearmadura esta protegida de la corrosión por una película

protectora de γ Fe2O3.

La presencia de CaCl 2(1,5%) puede romper esta película yhacer que la barra sea más fácil de corroer. Este fenómeno es

siempre más importante cuando la porosidad del concreto esmás elevada.

EFECTOS COLATERALES:DURABILIDAD

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Calor de Hidratación.

La presencia de CaCl 2 aumenta el calor de hidratación de la pastadel cemento. El segundo pico aparece más rápidamente y es másimportante.

Efecto Anticongelante.

Aunque la presencia de CaCl 2 reduce el peligro de congelación

durante los primeros días después de la colocación, laresistencia del concreto con aire incluido a la congelación y aldeshielo a grandes edades es afectado adversamente.



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OTROS ACELERANTES

El cloruro sódico tiene un comportamiento similar al cálcico aunque mámoderado en el calor de hidratación. Se han observado pérdidas deresistencias en los hormigones en los que se ha utilizado y esto ha motivadoel que se prescinda de su empleo.

Otro acelerante empleado frecuentemente es el carbonato sódico; sudosificación debe ser estrictamente controlada debido a que en pequeñasdosis puede actuar como retardador. En cualquier caso produce unaumento considerable de la retracción.

El empleo de sosa o de potasa es peligroso debido a que disminuye lasresistencias mecánicas y aumenta la retracción.

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• En general, el cemento inicia el fraguado entre 2 y 5 horas luegode su mezcla con el agua y comienza a endurecer entre 3 y 7 horas.

• En ciertos casos, esos limites no son satisfactorios. Por ejemplo,en el caso donde sea necesario que el concreto no se endurezcadurante 24 a 48 horas. Esto es cuando se requiere evitar las juntasde construcción.

• Este problema puede ser resuelto por adición de un aditivo queretardará el fraguado del cemento.

• No se debe olvidar el uso del concreto en zonas cálidas, y el

transportes del concreto a largas distancias.

RETARDADORES DEL FRAGUAD25


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RETARDADORES INORGÁNICOS26

Estos son ácidos (bórico, fosfórico, hidrofluorico, crómico) y sus say óxidos. En este grupo, el retardador típico es el oxido de zincque tiene un efecto muy importante aun en pequeñas cantidades.

Influencia en elfraguado inicialde un Cemento

Portland cona/c=0,35 a20 oC


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Un gran numero de factores pueden afectar la acción de losretardadores :

•La dosificación: el efecto retardador aumenta con la cantidadde aditivo.

•La temperatura: el efecto retardador es más importante abaja temperatura.

•El método de adición del retardador del cemento.

•El tipo de cemento, su finura, la composición del concreto y larelación A/C.

ACCIÓN DE LOS RETARDADORE29


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Producto Dosis Principio defraguado (h)

Fin defraguado (h)

Sin aditivo 0 3,10 7,00

Sacarosa 0,5 %1,0 % 5,3010,00 13,0016,00Glucosa 1,0 %

2,0 %9,00

14,0015,0022,30

Ácidofosfórico

0,5 %1,0 %2,0 %

4,56,08,0

12,0014,0020,00


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Por otra parte se puede observar la influencia de la dosis de dosproductos retardadores sobre el comienzo de fraguado, el que comopuede verse se modifica en forma aproximadamente lineal con la dosis deaditivo utilizada.

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C O SO O


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Efecto sobre el calor de hidrataciónEn general, las experiencias demuestran que el calordesprendido en las primeras 24 horas es tanto mas bajocuanto mayor haya sido el retardo producido. Sin embargo, el

calor total desarrollado es igual después de algunos días y alos 7 días puede ser incluso superior el del mortero con elretardador que sin él.

Efecto sobre las resistencias mecánicasEn general, las experiencias indican que las resistenciasmecánicas son inferiores hasta los 3 días, pero después de estaedad tienden a igualarse para superarse a los 28 y 90 días,efecto que es tanto más notorio cuanto mayor sea el retardo.


EFECTO SOBRE EL TIEMPO DE


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Efecto sobre la retracciónTal como se manifiesta con las otras características delhormigón, algunas experiencias efectuadas indican queaparentemente el empleo de un aditivo retardador

disminuye la retracción inicial, pero el valor final de estapuede aumentar por sobre el del hormigón sin aditivo. Sinembargo debe señalarse que este punto no ha sido losuficientemente investigado para establecer su plena validez.

Efecto sobre la trabajabilidad En general los retardadores tienen un efecto plastificantesobre el hormigón fresco, mejorando la docilidad opermitiendo una reducción del agua de amasado.


ADITIVOS QUE MODIFICAN LAS


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ADITIVOS QUE MODIFICAN LASPROPIEDADES REOLÓGICAS

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La ionización de los filamentos del aditivo produce la separaciónde los granos de cemento entre sí, conduciendo a una efectivadefloculación. Los granos de cemento quedan individualizados y

defloculados, facilitándose aun más el mojado, lo que produceuna hidratación y reducción del esfuerzo de necesario paraponer en movimiento el hormigón fresco, lo que explica su efectocomo plastificante.


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Son substancias que para una misma relación a/c aumentan latrabajabilidad de las mezclas (tornándolas mas plásticas) o quepara una misma trabajabilidad reducen la relación a/c y por estemotivo son llamados reductores de agua.

El principio de acción es provocar la dispersión de las partículasde cemento, esto es explicado por la repulsión electrostática delos granos de cemento envueltos por el aditivo.

PLASTIFICANTES36


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PLASTIFICANTES37

Clasificación.

-Los surfactantes anionicos tales como los lignosulfonatos y susderivados, las resinas de ciertos jabones, etc.

-Los surfactantes no-iónicos tales que los esteres del poliglicol, losácidos carboxílicos y sus derivados.

-Los otros productos tales como los carbohidratos, los polisacáridos,etc.


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Los aditivos plastificantes pueden tener un efecto secundariosobre la velocidad de hidratación del cemento que los clasifica

en tres grupos:

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• Aditivos reductores de agua retardantes• Aditivos reductores de agua acelerantes• Aditivos reductores de agua aireantes


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Efecto sobre el mortero y el concreto fresco

Con la disminución de la cantidad de agua, las resistenciasaumentan para la misma trabajabilidad. La cantidad de agua quese puede disminuir es del orden del 5 a 15 %.

Para una misma relación de A/C, el aditivo va a mejorar latrabajabilidad de la pasta en función de su dosificación.

PLASTIFICANTES40


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Es muy difícil de entender el fenómeno de acción de todos losplastificantes.

El efecto fluidificante es parcialmente la consecuencia delefecto retardador causado por el aditivo. Esta desaceleraciónen la hidratación va a permitir que el agua continúefluidificando la pasta de cemento.

El segundo fenómeno es la acción dispersante del plastificantepor la absorción sobre el cemento.



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El efecto fluidificante predominante de los plastificantes es unefecto físico.

La acción dispersante de los plastificantes se atribuye a laadsorción de las moléculas del plastificante sobre la superficiede los granos de cemento y al cambio resultante de la carga dela superficie y del potencial de las partículas solidas. Las cargasdel mismo signo causan fuerzas repulsivas que favorecen ladispersión y mejoran la plasticidad de la mezcla.



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Los superplastificantes son formas avanzadas de los plastificantes.Estos son productos que pueden ser adicionados al concreto enmás grandes cantidades que los plastificantes (10 veces más), osea más de 1% del peso del cemento, sin crear efectos secundarios(efecto retardador excesivo, incorporación de aire).

De esta manera se puede obtener concretos de gran trabajabilidad

para una relación A/C normal.Esta gran trabajabilidad puede ser utilizada para obtener concretosde muy altas resistencias disminuyendo la relación A/C.

SUPERPLASTIFICANTES43


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Los superplástificantes se agrupan de la siguiente manera:

A – El polímero de melanina sulfonatada (PMS)

B -El polímero de naftaleno sulfonado (PNS)

C – Los lignosulfonatos modificados (LS)

Los superplastificantes más utilizados son los PMS y los PNS.



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El efecto sobre la trabajabilidad del hormigón se mantieneentre 30 y 60 minutos según el aditivo, característica que haceconveniente agregarlo inmediatamente antes del termino delamasado y obliga a una rápida colocación.

El efecto se termina una vez transcurrido el tiempo señalado,volviendo el hormigón a su docilidad inicial. Eventualmentepuede agregarse una nueva dosis, remezclando el hormigón con

el fin de prolongar el efecto por otro periodo.


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Los homigones fluidos obtenidos con estos aditivos pueden sercolocados con gran facilidad, reduciendo el trabajo de colocacióny se elimina la necesidad de vibrar salvo en zonas densamentearmadas.

Cuando los aditivos fluidificantes se emplean como reductores deagua se obtiene un incremento de algunas características del

hormigón endurecido, especialmente su resistencia, durabilidad eimpermeabilidad.


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Un factor importante a tener en consideración, es sobre labase de ensayos de laboratorio y aplicaciones en obraindican que la sobredosis de aditivo superplastificantes o suaplicación en un hormigón de composición inadecuada puedeproducir una fuerte segregación, depositándose las partículassólidas en una masa compacta y dura, mientras el agua deamasado sube a la superficie del hormigón.

AGENTES INCORPORADORES DE


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AGENTES INCORPORADORES DEAIRE

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Están destinados a producir la incorporación de aire enforma de pequeñas burbujas, en su mayoría de un tamañocomprendido entre 0.01 y 1 mm, con una distribuciónuniforme de las masas del hormigón.

La proporción de burbujas recomendable depende deltamaño máximo del árido más grueso del hormigón,empleándose por regla general los siguientes valores:

Tamaño máximo 40 mm 20 mm 10 mm% airerecomendado

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AGENTES INCORPORADORES DE


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El empleo de los incorporadores de aire esta orientadobásicamente a aumentar la resistencia del hormigón frente a losciclos alternados de temperaturas bajo y sobre cero

También efecto sobre otras propiedades:

•Reducción de la permeabilidad del agua y líquidos en general.•Aumento de la consistencia del hormigón, en una forma similar

al obtenido por la adición de granos finos.•Aumento de la fluidez del hormigón.•Disminución de la exudación del agua de amasado delhormigón.•Disminución de la resistencia (Efecto Colateral).

AGENTES INCORPORADORES DEAIRE

EFECTO FRENTE A LOS CICLOS


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EFECTO FRENTE A LOS CICLOSALTERNADOS DE HIELO Y DESHIEL

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Cuando existen bajas temperaturas ambiente queconducen a procesos de hielo y deshielo alternativos, lasburbujas de aire incorporado en el hormigón actúan comocámaras de expansión frente al aumento de volumen queexperimenta el agua al transformarse en hielo. Ello permitereducir las presiones hidráulicas y, con ello, las tensionesinternas que se originan por este motivo, impidiendo así el

deterioro progresivo que se producirá en un hormigón que nocontenga aire incorporado.

EFECTO FRENTE A LOS CICLOS


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EFECTO FRENTE A LOS CICLOSALTERNADOS DE HIELO Y DESHIEL

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EFECTO SOBRE LA TRABAJABILIDA


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EFECTO SOBRE LA TRABAJABILIDADEL HORMIGÓN

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Las burbujas de aire formadas en el hormigón frescoactúan al mismo tiempo como un fluido, aumentando sudocilidad, y como un inerte, ya que, por su tamaño, equivalena partículas de tamaño inferior a 2 mm, con la ventaja detener un mejor coeficiente de forma, de ser elásticas ydeformables, lo que les permite deslizarse sin rozamiento.

Se varían por lo tanto, las propiedades reológicas delhormigón, aumentando la cohesión con lo cual se reduce latendencia a la segregación y la exudación, lo que facilita supuesta en obra.


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Ó


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Luego de la helada, el agua se transforma en hielo, su volumenaumenta y la presión así provocada puede ser suficiente paraocasionar la ruptura del concreto. Las burbujas de aireincorporado amortiguan la variación del volumen del agua enhielo, y evitan que se den presiones que rompan el concreto.El efecto de 4 a 6% de aire incluido para contrarrestar el efecto dehielo deshielo es el sugerido.

La presencia de 2 a 4% de aire en el concreto mejora su cohesión

y limita los problemas de segregación y de exceso de agua. Laadición de este aire puede disminuir la cantidad necesaria dearena para adicionar al concreto.

DURABILIDAD Y COHESIÓN54


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Utilizando diferentes tipos de productos químicos, se puede incluirhasta 30% de aire en los concretos para mejorar su densidad,mejorar su propiedad de aislante térmico y producir concretosligeros con granulares ligeros.En los concretos, se utiliza alrededor de 0,05% (de la masa delcemento) de agente incorporador de aire.

EFECTO SOBRE LA DENSIDAD55

SON AGENTES INCLUSORES DE


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SON AGENTES INCLUSORES DEAIRE:

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- Los ácidos abietico y pimerico-Las sales de los ácidos grasos-Los sulfonatos de alkyl-aryl-Los sulfatos alkyl-Los ethoxilatos de fenol

ADITIVOS EXPANSORES


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ADITIVOS EXPANSORES-ESTABILIZADORES

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Forman burbujas de gas por reacción de algunos de sus compuestos entre sí ocon los productos de la hidratación del cemento.

Esta reacción se produce en el interior del hormigón mientras este semantiene fresco, de manera que, al quedar atrapadas las burbujasproducidas, se genera una expansión del hormigón El empleo de este tipo deaditivos se puede orientar a producir dos efectos:

• Si el hormigón esta libre para expandirse, el aumento de volumengenerado permite compensar la disminución de volumen quenormalmente experimenta el hormigón por efecto de la retracciónhidráulica.• Si el hormigón esta confinado, el aumento de volumen puede generar unefecto de compresión, el cual puede compensar las tensiones de tracciónque experimenta el hormigón por efecto de la retracción hidráulica.

ADITIVOS HIDROFUGOS DE


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ADITIVOS HIDROFUGOS DEMASA

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Los hidrófugos están destinados a reducir la penetración o pasode agua a través del mortero u hormigón. Se denomina hidrófugode masa aquel que se incorpora en el mortero u hormigón en elmomento del amasado. Se excluyen, por lo tanto, los productosaplicados superficialmente, los que se denominanimpermeabilizantes superficiales.

ADITIVOS HIDROFUGOS DE


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El efecto principal de los hidrófugos se relaciona con la disminucióde la permeabilidad de los hormigones y morteros.

Las experiencias obtenida con el uso de hidrófugos indicanque estos, además de reducir la permeabilidad del hormigón, puedentener efectos sobre las propiedades.•Pueden producir un retardo del fraguado de la pasta de cemento,especialmente si contiene lignosulfatos con azucares.•Aumentan la docilidad del hormigón•Disminuye la exudación•Pueden disminuir las resistencias mecánicas, especialmente si ehidrófugo incorpora aire (Efecto Colateral).•Pueden producir un aumento de la retracción hidráulica (Efecto

Colateral).

ADITIVOS HIDROFUGOS DEMASA

Ó


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ADITIVOS DE COHESIÓN-EMULSIONES60

Las emulsiones están formadas por una fase continua(agua) y una fase discontinua (partículas extrafinas,generalmente resinas), que no se mezclan íntimamenteentre sí, pero que permanecen en régimen estable durantetodo el lapso de su empleo.

Si su composición es la adecuada, su principal aporte loconstituye el aumento de la cohesión entre partículas de

cemento, lo cual se traduce en una mayor resistencia a latracción.

Ó


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Efecto sobre mortero fresco

•Aumenta la necesidad de agua en la mezcla•Disminuye la exudación

•Aumenta la incorporación de aire•Retarda el fraguado

Efecto sobre el mortero endurecido

•Aumenta significativamente la adherencia del hormigónfresco.•Aumenta apreciablemente la resistencia al desgaste.

ADITIVOS DE COHESIÓN-EMULSIONES

Ó


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Los efectos de los aditivos de cohesión dependen básicamente de:

•La composición del polímero

•La dimensión de las moléculas

•La presencia de otros aditivos

•La proporción polímero / cemento, la edad del mortero y latemperatura ambiente.

ADITIVOS DE COHESIÓN-EMULSIONES

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