mecanismo de accion quimica algunos aditivos

7/24/2019 Mecanismo de Accion Quimica Algunos Aditivos

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MECANISMO DE ACCION QUIMICA ALGUNOS ADITIVOS

SUPERPLASTIFICANTES FLUIDIFICANTES

Corresponden a una nueva generacin de aditivos plastificadores en base a productosmelamnicos o naftalnicos, constituyendo una evolucin de los aditivos reductores de agua,que en la adsorcin y capacidad de dispersin del cemento es mucho ms acentuada.

Los efectos principales que se derivan de la incorporacin de algn componente tensoactivoson por una parte la ionizacin de los filamentos del aditivo que produce la separacin delos granos de cemento entre s, conduciendo a una efectiva desfloculizacin, y, por otraparte, las molculas de aditivo son absorbidas y se orientan en la superficie de los granos decemento en un espesor de varias molculas, de lo que resulta una lubricacin de laspartculas.

!ara entender me"or el funcionamiento de estos aditivos se hace preciso recordar elcomportamiento agua#cemento en el proceso de mezclado y fraguado del hormign. Comosabemos, primero se forma la pasta aglutinante producto de la lubricacin de las partculasde cemento y de rido tras la adsorcin del agua, y luego esta pasta se vuelve cementanteproducto de la reaccin qumica que se lleva a cabo entre ambas al iniciarse el fraguado.

$n la primera de estas etapas es cuando se produce la mezcla de los componentes y lasprimeras reacciones electroqumicas entre agua y cemento, apareciendo las caractersticasdel hormign fresco como traba"abilidad, docilidad, consistencia, etc.

$stas caractersticas estn gobernadas principalmente por las reacciones electroqumicasproducidas entre las molculas de agua y los granos de cemento, los que poseen un grannmero de iones en disolucin en su superficie. $stos iones tienden a formar, debido a unaafinidad electroestticas, flculos o capas de solvatacin al entrar en contacto con el aguadurante la operacin de amasado. %ichos flculos e"ercen dos efectos nocivos en la masa dehormign.

# &mpiden la dispersin uniforme de las partculas de cemento en la masa de hormign.

# 'etienen cierta cantidad de agua en el interior de su masa que incide negativamente en laporosidad final del material por no ser utilizable para lubricar la masa ni para lalubricacin de los granos de cemento.

Los efectos nocivos de la floculacin pueden ser contrarrestados, al menos en parte,mediante la incorporacin a la masa de hormign de ciertos compuestos qumicos talescomo policondensados de naftaleno y formaldehdo, tambin llamados superplastificantes,reductores de agua de alto rango o superfluidificantes.

$stas adiciones actan neutralizando las cargas elctricas que se encuentran sobre la

superficie de las partculas de cemento y, por consiguiente, evitando la formacin deflculos. La forma lineal y alargada de estas molculas orgnicas les permite recubrir porcompleto la superficie de los granos de cemento incorporndole cargas de signo negativo,provocando una fuerza de repulsin entre las partculas de cemento dificultando elfenmeno de la floculacin.

(in embargo como consecuencia del efecto envolvente de stas molculas puede ocurrirque, en altas dosis se produzca un efecto de retardo de la hidratacin de los granos.

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$n el modo de accin de los superplastificantes pueden considerarse tres etapasconsecutivas)

# *dsorcin de los polmeros por parte de las partculas de cemento en la etapa detransicin slido#lquido.

# Carga de la superficie de los granos con fuerzas electroestticas de repulsin portener el mismo signo.# *paricin de tensiones superficiales que aumentan la distancia entre partculas.

INCORPORADORES DE AIRE

Generalidades

$n +- se observ en los $stados /nidos que algunos tramos de carretera resistan me"orel efecto del hielo que otros. *nalizando este hormign al miscroscopio, se observ quecontena una gran cantidad de microburbu"as de aire, determinndose que haba sidoconfeccionado con cemento procedente de fbricas que usaban en la molienda aditivos a

base de aceite vegetal o de "abn.

$sta e0periencia hizo resaltar el efecto del aire incorporado sobre la resistencia delhormign a los procesos de hielo#deshielo, lo que fue confirmado en e0perienciasposteriores.

$l hormign, adems de sus componentes slidos, contiene un porcenta"e de vacos deformas y dimensiones variadas, provenientes del aire atrapado y de la fraccin del agua deamasado que se evapora. $n cambio, al utilizar un incorporador de aire se producenmicroburbu"as esfricas cuyos dimetros oscilan entre 1 y 12 con una distancia entreellos de +22 a 22 .

!ara otorgar resistencia a las heladas interesa particularmente que las burbu"as seanpeque3as. La pasta de cemento est protegida contra los efectos del hielo#deshielo, si elfactor de distancia es menor a 2.2 mm.

Mecanismo de Accin

%urante el amasado del hormign se forman burbu"as de aire de diferentes tama3os, debidoa los movimientos internos de los materiales del hormign.

4ientras ms peque3a es la dimensin de las burbu"as, mayor es la presin e"ercida sobreellas, por lo que stas tienden a disolverse en el agua. !or su parte, las burbu"as de mayordimensin, debido a la menor presin que e0perimentan, tienden a crecer, son msdeformables y pueden escapar especialmente durante la compactacin del hormign. Las

que no se escapan pueden aumentar de volumen, alimentadas por las ms peque3as,formando huecos que permanecen indefinidamente en el hormign.

%e lo anterior se deduce que un hormign convencional, sin aditivo plastificante,prcticamente no puede contener burbu"as inferiores a 2.+ o 2. mm. puesto que stas sedisuelven en el agua. (in embargo, con aditivo, an cuando la cantidad de aire sea similar,sus caractersticas sern muy distintas desde el punto de vista reolgico y de su resistenciaal hielo.

Los incorporadores de aire son productos de naturaleza aninica que, al introducirse en una

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pasta de cemento, quedan adsorbidos sobre la superficie de las partculas de cementoformando una delgada capa de filamentos de naturaleza hidrfoba, orientados desde lasuperficie de stas ltimas hacia la fase acuosa entre granos slidos y con su fase polaradherida a la superficie de los granos de cemento.

!or otra parte, una peque3a proporcin del producto se disuelve en fase lquida y, durante elamasado del hormign, produce burbu"as de aire que quedan distribuidas en dicha fase sin

unirse entre s debido a que en ellas los filamentos se orientan hacia el interior de lasburbu"as con su fase polar sobre dicha superficie.

La cantidad y caractersticas del aire incorporado dependen de numerosos factores, entrelos cuales pueden dimensionarse)

# 5ipo y cantidad del aditivo

&ntervienen tanto sobre la cantidad como sobre el tama3o, distribucin y estabilidadde las burbu"as de aire incorporadores.

# 5ipo y dosis de cemento

La cantidad de aire incorporado disminuye cuanto ms fino es el cemento y ms altaes su dosis en el hormign.

# %ocilidad del hormign

La cantidad de aire y tama3o de las burbu"as de aire incorporado aumentan con lamayor fluidez del hormign. $n relacin con este ltimo aspecto, pueden se3alarselos siguientes valores)

Ra!n a"#a$cemen%o Tama&o de las '#r'#(as

2.-1 +2 # +22

2.11 2 # 222.61 12 7 122

# Caractersticas del hormign

Las caractersticas del hormign inciden en la cantidad de aire incorporado. $ntre ellaspueden mencionarse)

# !roporcin de mortero en el hormign

# 5ama3o m0imo del rido grueso

# Contenido de granos finos entre 2, y 2,8 mm

Condiciones de fabricacin y puesta en obra del hormign

Las condiciones ms influyentes en la cantidad de aire incorporado son)

# 5iempo de amasado) un amasado muy prolongado hace perder parte del aire,el remanente es de un dimetro ms peque3o puesto que las burbu"as msgrandes son ms inestables, tendiendo a romperse o a salir a la superficie.

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# Condiciones de transporte) mientras ms trepidaciones y traspasose0perimenta el hormign en su transporte mayor es la cantidad de aireperdido.

# Condiciones de compactacin) una cierta cantidad de aire puede perdersepor efecto de la compactacin si su energa es muy elevada y el tiempo devibracin prolongado, especialmente si la docilidad del hormign es alta.

!or las razones e0puestas, la cantidad de aire incorporado debe controlarsesistemticamente, midindolo mediante mtodos adecuados.

La medicin se puede realizar por el 4todo de !resin, que est normalizado en *(54 C-+, o por el 4todo 9ravimtrico, normalizado en :Ch +1;C, caso en el cual su empleo debe considerarse imprescindible.

(in embargo, la incorporacin de aire tiene tambin otros efectos secundarios deimportancia, algunos de caractersticas favorables para el uso de? hormign, los cuales seanalizan en los prrafos que siguen.

# E)ec%o )ren%e a los ciclos al%ernados de *ielo+des*ielo

Cuando e0isten ba"as temperaturas ambiente que conducen a procesos de hielo y deshieloalternativos, las burbu"as de aire incorporado en el hormign actan como cmaras dee0pansin frente al aumento de volumen que e0perimenta el agua al transformarse en hielo.$llo permite reducir las presiones hidrulicas y, con ello, las tensiones internas que seoriginan por este motivo, impidiendo as el deterioro progresivo que se producira en un

hormign que no contenga aire incorporado.

%ebe se3alarse que, para que este proceso destructivo se produzca, es necesario que elhormign est saturado de agua, al menos hasta una cierta profundidad. :o basta, enconsecuencia, la e0istencia de las ba"as temperaturas, sino que stas deben ir unidas a lae0istencia de humedad en el hormign, derivada ya sea del ambiente o del terrenoadyacente.

Lo anterior implica tambin que, al mismo tiempo, para que se induzca el mecanismo

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protector descrito, las burbu"as de aire no deben estar saturadas de humedad, lo cual selogra al emplear compuestos aninicos que actan de acuerdo al mecanismo descrito en elprrafo *, produciendo los filamentos hidrfobos se3alados. $n consecuencia, de loanterior se desprende que no cualquier producto que produzca aire atrapado en el hormign,por e"emplo los utilizados para producir hormigones livianos, tendr la misma accin queun incorporador de aire.

!or otra parte, debe tenerse en cuenta que la eficacia de un aditivo incorporador de airedepende tanto de la cantidad total de aire incorporado, como del tama3o y distancia entreburbu"as, siendo ms efectivo mientras ms peque3as sean y pr0imas se encuentren.

$n relacin con el primero, la e0periencia prctica acumulada indica que, para asegurar laproteccin de hormigones e0puestos a ciclos de hielo#deshielo, deber incorporarsede? orden de - a ;@ de aire segn el tama3o m0imo de? rido.

*l respecto, la :orma :Ch +62 =ormign, 'equisitos 9enerales, prescribe los valoresindicados en la 5abla siguiente.

Con%enido de aire recomendado ,ara el*ormi"n e-,#es%o a ciclos de *ielo+des*ielo

Tama&o m.-imo Con%enido de aire

nominal de/ .rido

0mm1

+2 ;.2+ 1.12 1.21

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en obra.

!or otra parte, al disminuirse la e0udacin se evita la acumulacin de agua ba"o las barrasde acero y los ridos gruesos, me"orando su adherencia, as como tambin disminuye laformacin de ?echada en las superficies.

(e debe considerar que la incorporacin de aire produce disminuciones en las resistenciasmecnicas del orden de - a 1@ por cada + @ de aire incorporado. $sta prdida deresistencia se compensa en parte al ba"ar la razn agua#cemento por el efecto plastificadorantes descrito.

(in embargo, debe considerarse que un efecto ms significativo se obtiene con un aditivoplastificante#incorporador de aire

# E)ec%o so're la im,ermea'ilidad

$n el hormign endurecido, las microburbu"as producidas por el aditivo incorporador deaire se interponen en la red de canalculos interna que e0iste en todo hormign, lo cual

permite limitar la ascensin de agua por capilaridad. $l hormign resultante es, enconsecuencia, ms impermeable e, indirectamente, por ello ms resistente a la accin deagentes agresivos.

RETARDADORES

(on sustancias que retardan la disolucin de los constituyentes anhidros del cemento o sudifusin.

Los retardadores pueden ser sustancias inorgnicas solubles como) cloruro de aluminio,nitrato clcico, cloruro de cobre, sulfato de cobre, cloruro de zinc, bra0 soluble, fosfatos yfluoruros, cido fosfrico, cido brico, 0idos de zinc y de plomo, etc., u orgnicas entre

las cuales se encuentra la glucosa, sacarosa, almidn, celulosa, lignosulfonatos conazcares, aminas y aminocidos, etc., que en peque3as proporciones pueden frenar elfraguado y endurecimiento del hormign.

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Los retardadores pueden actuar de dos formas distintas segn su naturaleza una esfavoreciendo la solubilidad del sulfato clcico, que de por s es retardador de fraguado y,la otra, formando sales clcicas que son adsorbidas, por las partculas de cemento,retrasando de esta forma su hidratacin.

(e ha comprobado que los retardadores de fraguado influyen en el tama3o de loscristales formados de portlandita, ettringita, etc.

$l empleo de retardadores es delicado debido a que, si se emplean en dosis incorrectas,pueden inhibir el fraguado y endurecimiento del hormign por esta razn se utilizancon ms frecuencia fluidificantes o reductores de agua de amasado, que al mismotiempo actan como retardadores. !or otra parte los retardadores reducen lasresistencias mecnicas del hormign a sus primeras edades.

La accin principal de los retardadores es aumentar el tiempo durante el cual elhormign es traba"able permitiendo) el transporte del mismo sin que se produzca unendurecimiento prematuro o la segregacin, lo cual es importante en el transporte a

largas distancias, en hormigones bombeados, en inyectados, etc controlar el principiode fraguado de una masa para conseguir que una pieza hormigonada en varias fasesfragDe al mismo tiempo sin dar lugar a discontinuidades o "untas hormigonar en tiempocaluroso al hacer al cemento menos activo en su hidratacin con lo cual desprendermenos calor durante la misma, especialmente durante los primeros 6 das lograr unacabado adecuado en hormigones de ridos vistos al aplicar el retardador a la superficiede los encofrados con lo cual el hormign en contacto con ellos endurece mslentamente y puede tratarse con cepillo una vez realizado el desencofrado, etc.

Los retardadores de fraguado aumentan la retraccin de los hormigones, siendo elaumento dependiente de la dosificacin del hormign, y de las condiciones de curadodel mismo.

ACELERADORES O ACELERANTES

(on productos que, al contrario de los retardadores, favorecen la disolucin de losconstituyentes anhidros del cemento, su disolucin o su velocidad de hidratacin suaccin no est muy bien definida, aunque parece ser que provocan una cristalizacinrpida de silicatos y aluminatos clcicos en la pasta del cemento hidratada. $n una gran

parte de ellos se encuentra el cloruro de calcio que es el acelerante por e0celencia sinembargo, tambin actan como aceleradores o acelerantes el cloruro sdico, amnico, yfrrico. las bases alcalinas, hidr0idos de sodio, de potasio y de amonio, los carbonatos,#silicatos y fluosilicatos, aluminatos, boratos de sodio o potasio, el cido o0lico, la

alunita, la dietanolamina, trietanolamina etc.

$l CaCl, incremento la velocidad de hidratacin dando lugar a resistencias inicialesaltas y a una gran liberacin de calor en sus primeras horas, al actuar como catalizadoren las reacciones de hidratacin del aluminato del cemento, formando la sal de Eriedel yacelerando la reaccin entre el yeso y el C-* y el CC, dependiendo del tipo y dosificacin de cemento.

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*parte de estas venta"as, el cloruro de calcio me"ora la docilidad de los hormigones yaumenta su compacidad, no alterando las resistencias finales de los mismos y no

produciendo regresin de ellas, como ocurre con otros cloruros.

$ste tipo de aditivo tiene el inconveniente de que puede dar lugar a eflorescencia ycorrosin de las armaduras, especialmente si el hormign se encuentra en ambientehmedo, de aqu que en hormign armado y en hormign pretensado est totalmente

prohibido su empleo, al igual que en cualquier producto en cuya composicinintervengan cloruros, sulfuros, sulfitos u otros componentes qumicos que ocasionen ofavorezcan la corrosin de armaduras.

$l cloruro de calcio se emplea e0clusivamente en hormign en masa F la dosis normalde uso oscila entre el + y por +22, aunque, en casos especiales, se puede llegar al - por+22, debiendo tenerse en cuenta que dosis altas pueden dar lugar a fraguadose0cesivamente rpidos que pueden crear dificultades en la puesta en obra, aunque, enocasiones, como en el taponamiento de vas de agua sean tiles estas dosis.

$l cloruro de calcio incremento la retraccin del hormign e incluso la fluencia, sinembargo, aumenta la resistencia a la abrasin de los hormigones de una forma

permanente.

$ste cloruro puede emplearse con cualquier cemento portland pero no con morteros decal o con cemento aluminoso.

$l cloruro de sodio tiene un comportamiento similar al de calcio aunque ms moderadoen el calor de hidratacin. (e han observado prdidas de resistencias en los hormigonesen los que se ha utilizado y esto ha motivado el que se prescinda de su empleo.

La vigente &nstruccin espa3ola del hormign indica que el porcenta"e m0imo total de

ion cloro aportado por todos los componentes del hormign no debe e0ceder de 2, por+22 con respecto al peso de cemento, en hormign pretensado, de 2,< por +22, en elcaso de hormign armado y en hormign en masa que posea armadura para reducir lafisuracin.

Atro acelerante empleado frecuentemente es el carbonato de sodio su dosificacin debeser estrictamente controlada debido a que en peque3as dosis puede actuar comoretardador. $n cualquier caso produce un aumento considerable de la retraccin.

$l empleo de sosa o de potasa es peligroso debido a que disminuye las resistenciasmecnicas y aumenta la retraccin.

*ctualmente se estn utilizando mucho los acelerantes a base de aluminato de sodio porsu gran eficacia y carencia de efectos secundarios sin embargo, cuando el hormignvaya a estar en contacto con terrenos ricos en sulfatos hay que tener en cuenta que lacantidad de aluminato ser, en este caso, la suma de la del cemento y la del aditivo,

pudiendo darse el caso de que el hormign sea sensible al ataque aunque se hayaempleado un cemento ('.

9eneralmente los acelerantes clsicos producen altas resistencias a edades cortas, perolas resistencias pueden disminuir a edades mayores. *ctualmente se han desarrolladoaditivos acelerantes ecolgicos, libres de lcalis, a base de sales orgnicas en los que nose dan estas disminuciones de resistencias a largo plazo.

Los acelerantes pueden ir asociados con otros aditivos formando combinacionesbinarias con hidrfugos, plastificantes, aireantes, etc.

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%ada la influencia que la temperatura tiene en las reacciones qumicas se comprende laimportancia que esta tiene en la eficacia de dichos aditivos.

Los acelerantes encuentran su principal aplicacin en el hormigonado en tiempo fro enprefabricacin al permitir los desencofrados rpidos, cuando se requiere reducir eltiempo de curado, para disminuir las presiones sobre los encofrados, obturacin deescapes de agua a travs de fisuras, traba"os en tneles y galeras con paredes hmedas,en traba"os martimos entre dos mareas, en hormigones y morteros proyectados, etc.

IMPERMEA3ILI4ANTES

$n determinadas construcciones como pueden ser tuberas, depsitos, canales, etc.,adems de precisar hormigones de buenas resistencias mecnicas, es necesario que estossean impermeables a fin de impedir que el agua pase a travs de ellos.

!or otra parte, en obras o estructuras que han de estar en contacto con agua o conterrenos hmedos es conveniente que el hormign se oponga a que el agua ascienda porl valindose de sus conductos capilares.

La permeabilidad de los hormigones depende de varios factores relacionados entre s yque pueden resumiese en los siguientes)

# Compacidad, que, es funcin de la forma y granulometra de los ridos, de ladosificacin de cemento, de los medios de puesta en obra empleados y del curado.

# $structura de la pasta de cemento hidratada en la cual se encuentran micro#cristales desilicatos y aluminato de calcio que presentan una red de conductos capilares formados alevaporarse parte del agua durante el proceso de hidratacin.

$l volumen capilar formado suele ser del 8 por +22 del volumen total de la pastahidratada aunque depende de la relacin aguaGcemento y de las condiciones de curado.$ste volumen es tanto menor, cuanto ms ba"a es la relacin aguaGcemento, dentro de unlmite, y cuanto ms eficaz haya sido el curado del hormign, a ser posible realizado enambiente saturado de vapor de agua.

(i el hormign se ha fisurado, por cualquier razn de origen qumico, trmico,hidrulico o mecnico, la estanqueidad del mismo quedar afectada.

Las "untas del hormigonado originadas por discontinuidades en la colocacin delhormign tienen una gran importancia desde el punto de vista de la permeabilidad.

%e todo lo anterior se concluye que si el hormign est bien estudiado, puesto en obra,compactado y curado, se podr asegurar que es impermeable. :o obstante, se puedenemplear diferentes aditivos que me"oren la impermeabilidad del hormign, bienentendido que si los poros y conductos son de dimetros grandes, ser imposible conestos productos conseguir un hormign impermeable.

(e pueden considerar dos tipos de aditivos para este fin) los reductores de penetracinde agua y los hidrfugos. Los primeros, aumentan la resistencia al paso del agua a

presin sobre un hormign endurecido los segundos, disminuyen la absorcin capilar oel paso de agua a travs de un hormign saturado. *mbos suelen solapar sus efectos.

Los aireantes tienen un papel notable sobre la impermeabilidad al interrumpir conburbu"as de aire la red capilar de los hormigones. Los plastificantes tambin son

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beneficiosos porque disminuyen de la red capilar. (in embargo, aqu se hace referenciaa productos que se emplean con la funcin principal de impermeabilizar, al colmatar loscapilares de la pasta de cemento hidratada.

$l primer material empleado para este fin fue el polvo de slice este polvo reacciona,aunque muy lentamente a la temperatura ambiente, con la cal liberada en la hidratacindel cemento para formar silicato de calcio insoluble. La actividad puzolnica de estematerial es muy escasa y los resultados de la impermeabilizacin muy variables. $stematerial est indicado en el caso de hormigones pobres en cemento o con pocos finos,de lo contrario carece de inters, teniendo adems el inconveniente de requerir mayorcantidad de agua en el amasado.

$l empleo de microslice o de cenizas volantes adecuadas, me"ora los resultados y poseeadems la venta"a de fi"ar la cal liberada y de aumentar la resistencia del hormign.

La tierra de infusorios, bentonita, filler calizo y otras materias finas se emplean tambincomo impermeabilizantes.

Atros impermeabilizantes de naturaleza orgnica o inorgnico actan reaccionando conla cal del cemento dando lugar a la formacin de sales clcicas insolubles, con radicalesfuertemente hidrfugos que taponan los capilares e0istentes en la pasta y proporcionanun efecto tensoactivo impermeabilizante que evita la absorcin de agua por loscapilares.

Los "abones son sales inorgnicas de cidos grasos, como estearatos y oleatos decalcio y amonio, actan produciendo simultneamente la impermeabilizacin y lareduccin de la capilaridad, estando indicados en hormigones sometidos a moderadas

presiones de agua.

Los aceites minerales pesados se emplean con este mismo fin, incluso en hormigones

sometidos a fuertes presiones de agua.

Los aditivos impermeabilizantes y los hidrfugos, pueden modificar el tiempo defraguado del hormign, disminuir las resistencias mecnicas si llevan incorporado unaireante, y aumentar la retraccin, siendo, por consiguiente aconse"able, a falta dedatos precisos sobre estos puntos, realizar ensayos previos con ellos.

Como se ha indicado estos productos son eficaces en hormigones compactos. :uncadebe pretenderse que el impermeabilizante tapone los huecos de un hormign malo eneste caso, lo me"or sera taparlos con cemento y con finos en un hormign bienestudiado, en definitiva, haciendo un buen hormign.