LOS ADITIVOS Son aquellas sustancias o productos (inorgánicos o orgánicos) que, incorporados al hormigón antes del amasado (o durante el mismo o en el trascurso de un amasado suplementario) en una proporción no superior al 5% del peso del cemento, producen la modificación deseada, en estado en estado fresco o endurecido, de alguna de sus características, de sus propiedades habituales o de su comportamiento. su comportamiento.
I.
INCORPORADORES DE AIRE El congelamiento del agua dentro del concreto con el consiguiente aumento de volumen, y el deshielo con la liberación de esfuerzos que ocasionan contracciones, provocan fisuración inmediata si el concreto todavía no tiene suficiente resistencia en tracción para soportar estas tensiones o agrietamiento paulatino en la medida que la repetición de estos cielos va fatigando el material. A fines de los años cuarenta cuar enta se inventaron los aditivos incorporadores de d e aire, que originan una estructura adicional de vacíos dentro del concreto que permiten controlar y minimizar los efectos indicados. Existen dos tipos de aditivos incorporadores de aire:
a) Líquido, o en polvo soluble en agua Constituidos por sales obtenidas de resinas de madera, detergentes sintéticos sales lignosulfonadas, sales de ácidos de petróleo, sales de materiales proteínicos, ácidos grasosos y resinosos, sales orgánicas de hidrocarburos sulfonados etc. Algunos son de los llamados aniónicos, que al reaccionar con el cemento inducen iones cargados negativamente que se repelen causando la dispersión y separación entre las partículas sólidas y un efecto lubricante muy importante al reducirse la fricción interna.
1
Existe un campo muy grande de materiales con los cuales se pueden obtener incorporadores de aire, sin embargo no todos pueden producir la estructura de vacíos adecuada para combatir el hielo y deshielo, lo que ha motivado una gran labor de investigación por parte de los fabricantes y científicos para hallas las combinaciones mas eficientes contra el fenómeno. Este tipo de incorporadores de aire son sensibles a la compactación por vibrado, al exceso de mezclado, y a la reacción con el cemento en particular que se emplee, por lo que su utilización debe hacerse de manera muy controlada y supervisada para asegura los resultados pues de otro modo estaremos incorporando menos vacíos y de calidad diferente a la requerida. Una de las ventajas de estos incorporadores, es que el aire introducido funciona además como un lubricante entre las partículas de cemento por los vacíos adicionales en su estructura. Las proporciones en que se dosifican normalmente estos aditivos oscilan entre el 0.02% y el 0.10% del peso del cemento consiguiéndose incorporar aire en un porcentaje que varía usualmente entre el 3% y el 6% dependiendo del producto y condiciones particulares.
b) En partículas sólidas Consistentes en materiales inorgánicos insolubles con una porosidad interna muy grande como algunos plásticos, ladrillo molido, arcilla expandida, arcilla pizarrosa, tierra diatomácea etc. Estos materiales se muelen a tamaños muy pequeños y o lo general deben tener una porosidad del orden del 30% por volumen. La ventaja de estos aditivos con respecto a los anteriores estriba en que son más estables ya que son inalterables al vibrado o al mezclado. No obstante, al ser su obtención y uso más complicados desde el punto de vista logístico, de fabricación y de transporte, los grandes fabricantes a nivel mundial han desarrollado más los primeros. 2
Existe un campo muy grande de materiales con los cuales se pueden obtener incorporadores de aire, sin embargo no todos pueden producir la estructura de vacíos adecuada para combatir el hielo y deshielo, lo que ha motivado una gran labor de investigación por parte de los fabricantes y científicos para hallas las combinaciones mas eficientes contra el fenómeno. Este tipo de incorporadores de aire son sensibles a la compactación por vibrado, al exceso de mezclado, y a la reacción con el cemento en particular que se emplee, por lo que su utilización debe hacerse de manera muy controlada y supervisada para asegura los resultados pues de otro modo estaremos incorporando menos vacíos y de calidad diferente a la requerida. Una de las ventajas de estos incorporadores, es que el aire introducido funciona además como un lubricante entre las partículas de cemento por los vacíos adicionales en su estructura. Las proporciones en que se dosifican normalmente estos aditivos oscilan entre el 0.02% y el 0.10% del peso del cemento consiguiéndose incorporar aire en un porcentaje que varía usualmente entre el 3% y el 6% dependiendo del producto y condiciones particulares.
b) En partículas sólidas Consistentes en materiales inorgánicos insolubles con una porosidad interna muy grande como algunos plásticos, ladrillo molido, arcilla expandida, arcilla pizarrosa, tierra diatomácea etc. Estos materiales se muelen a tamaños muy pequeños y o lo general deben tener una porosidad del orden del 30% por volumen. La ventaja de estos aditivos con respecto a los anteriores estriba en que son más estables ya que son inalterables al vibrado o al mezclado. No obstante, al ser su obtención y uso más complicados desde el punto de vista logístico, de fabricación y de transporte, los grandes fabricantes a nivel mundial han desarrollado más los primeros. 2
Hemos realizado algunos estudios preliminares con sillar de la región de Arequipa, que como se sabe es un material de origen volcánico con porosidad del orden del 25% al 30%, que indican que podrían ser un incorporador de aire barato y eficiente, por lo que debería investigarse con mayor profundidad en este sentido. En nuestro medio se emplean usualmente incorporadores de aire líquidos, ya sea importados o de fabricación nacional con insumos importados , estando el campo virgen para desarrollar incorporadores de aire con materiales locales de adquisición corriente, que puedan abaratar su uso, de modo de poder difundir su empleo normal en regiones donde por las condiciones climáticas son imprescindibles. Un aspecto que hay que tener muy presente al usar estos aditivos es el que ningún fabricante puede garantizar a priori el contenido del aire que inducen, pues depende como hemos dicho de muchos factores, por lo que se requiere un chequeo permanente con equipos para medición de aire incorporado y compatibilizar estas mediciones con las operaciones de mezclado y transporte, para asegurar que no hay pérdida de aire incorporado durante el proceso constructivo. Algunos Incorporadores de Aire de la marca Sika:
Sika®-Aer Aditivo para hormigón, incorporador de aire. No es tóxico ni inflamable. No correo los metales.
Uso:
SIKA AER es un aditivo concentrado (se usa en pequeñas dosis) para el hormigón. Su gran eficacia se basa en la oclusión de aire, que se distribuye uniformemente en forma de microburbujas (10 a 200 µ de diámetro); estas microburbujas desempeñan el papel de vasos de expansión y limitan la presión hidrostática (el hormigón se disgrega bajo el efecto de tensiones 3
provocadas por la presión hidráulica debidas al congelamiento del agua). La cantidad de microburbujas ocluídas oscila entre 100.000 a 400.000 por cm³. SIKA AER es recomendable para estructuras hidráulicas en general (diques, canales, conductos), estructuras de fundación, pistas y pavimentos, hormigón masivo, y cualquier tipo de estructuras sometidas a:
Temperaturas de congelamiento y deshielo.
Amplitud térmica elevada.
Agresiones químicas de aguas, agua de mar y suelos.
En los casos en que se desea mejorar la trabajabilidad de las mezclas, especialmente cuando se utilizan agregados defectuosos (arenas de trituración, granulometría discontinua, etc.) y bajo contenido de cemento.
Cuando se desea disminuir la exudación.
Car ac ter íst ic as :
SIKA AER otorga al hormigón las siguientes propiedades: En el hormigón fresco:
Posibilidad de regular la incorporación de aire, variando el dosaje.
Mejoramiento de la trabajabilidad del hormigón (se puede reducir el agua de la mezcla).
Aumento de la homogeneidad del hormigón (disminuye el peligro de segregación durante el transporte y la colocación).
Mejora la mezcla fresca en casos de curvas de áridos deficientes, dado que las microburbujas de aire actúan como áridos finos de reducida fricción.
Mayor facilidad de puesta en obra.
Tiempo de fragüe normal, independientemente del dosaje. En el hormigón endurecido:
Aumento de la impermeabilidad al agua.
Aumento de la resistencia a los ciclos de congelamiento y deshielo.
Aumento de la resistencia al ataque de aguas y suelos agresivos.
Cumple con la Norma IRAM 1663. 4
Frioplast® Aditivo líquido para hormigón.
Uso:
Frioplast es recomendable para estructuras hidráulicas en general (canales, diques, estructuras de fundación, túneles y galerías, etc.) y en cualquier tipo de estructura sometida a:
Temperaturas de congelación y deshielo. Agresiones químicas de aguas y suelos. En los casos en que sea necesario mejorar la trabajabilidad de las mezclas, especialmente cuando se utilizan agregados defectuosos (arenas de trituración, agregados de granulometría discontinua, etc.).
Cuando se desee aumentar las resistencias mecánicas y/o modificar los tiempos de fragüe.
Car ac ter ís ti ca s :
En el hormigón fresco:
Mejora la trabajabilidad del hormigón (plastifica), facilitando su colocación y compactación.
Permite una considerable reducción de la cantidad de agua de amasado del 7 al 12%, lo que se manifiesta en un aumento de las resistencias mecánicas del hormigón endurecido.
Aumento de la cohesión interna en el hormigón fresco, por lo que se evita la segregación de los áridos.
Retarda levemente el principio y final del fragüe.
Disminuye la exudación.
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En el hormigón endurecido: o
Incorpora aire (1 a 2% más que el hormigón sin aditivo), otorgando al hormigón endurecido un aumento de las resistencias a las heladas y de la impermeabilidad al agua.
o
Permite un incremento de las resistencias mecánicas a la compresión del orden del 10 al 15%, contra testigo (con igual contenido de aire).
o
o
II.
Reduce considerablemente la contracción. Aumenta la adherencia al acero.
ACELERANTES Son productos que se agregan a la mezcla y que permiten:
Reducir el tiempo de Fraguado.
Incrementar la resistencia Inicial y Final.
Reduce periodos de curado.
Trabajar mejor en periodos de baja temperatura.
1. Ventajas -
Permiten un desencofrado más rápido.
-
Permiten un rápido Acabado de la obra a realizar.
2. Precauciones -
Los aditivos acelerantes no deben ser usados
como agente
anticongelante para el concreto. -
Siendo más conocido y usado el cloruro de calcio, es necesario tener en cuenta que promueve la corrosión del acero, se debe evitar su uso en determinados casos.
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3. Clasificación de Acelerantes a) Sales solubles Inorgánicas Entre las sales solubles inorgánicas que tienen efecto acelerantes del fraguado del cemento Portland, el cloruro de calcio es la sal más empleada por su bajo costo e importancia. El cloruro de calcio es el que reduce el tiempo de fraguado al acelerar la hidratación inicial.
b) Compuestos Orgánicos Solubles Empleados para compensar los efectos retardantes de los aditivos reductores de agua o proporcionar acelerantes no corrosivos. Independiente de sus ventajas, es poco usado debido a su alto costo aun cuando contraataque la corrosión del acero de refuerzo.
c) Aditivos de Fraguado Rápido Empleados para producir morteros de fraguado instantáneo y concretos adecuados para sellados de grietas y otros.
d) Aditivos Sólidos Diversos Tenemos Cementos calcio aluminosos y cementos hidratados finamente molidos, pudiendo acortar el tiempo de fraguado en concretos hechos a base de cemento Portland.
4. Efectos a) Concreto Fresco -
Tiemp o de Fraguado
Los aditivos acelerantes reducen el tiempo de fraguado inicial y final, dependiendo de la cantidad del acelerante, humedad, temperatura del concreto, etc.
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-
Incorporador d e Aire
Al emplear acelerantes puede requerirse menor cantidad de aditivo incorporador de aire para obtener la cantidad de aire deseada en la mezcla.
-
Desarrollo d e Calor Inicial
El empleo de acelerantes en el concreto origina un mayor desarrollo de calor inicial a la hidratación del cemento más rápido sin efecto apreciable sobre el calor total de hidratación desarrollado.
b) Concreto Endurecido -
Efectos so bre la Resistencia
Sobre el concreto endurecido se incrementa significativamente la resistencia en comprensión inicial, que puede ser considerado en un rango de 100% a 200%, sin cambios importantes de resistencia final. -
Cambios de Volumen
Según los estudios realizados en laboratorios, estos indican que los aditivos acelerantes pueden producir un incremento en los cambios de volumen tanto en curado húmedo como bajo condiciones de secado. -
Dañ os po r Con gel ación
En el caso de la durabilidad, al emplear aditivos acelerantes, estos pueden incrementar en las primeras edades: la resistencia a los deterioros originados por ciclos de congelación y deshielo. La resistencia al ataque de sulfatos disminuye cuando las mezclas a base del Cemento portland contienen cloruro de calcio.
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-
Corro sión de Metales
El cloruro de calcio tiene cierta tendencia a favorecer la corrosión de los metales cuando entra en contacto con el concreto, debido a la presencia del ion cloruro húmedo y oxigeno. Al ser el cloruro de calcio el efecto corrosivo en el concreto, se han desarrollado aditivos que tengan las propiedades acelerantes de resistencia del cloruro de calcio. No necesariamente los acelerantes que no contienen cloruro de calcio son necesariamente corrosivos, como por ejemplo el tiocianuro.
5. Recomendaciones Finales
La cantidad de aditivo acelerante a usar para obtener la necesaria aceleración de fraguado y desarrollo de la resistencia, dependerán de las recomendaciones del fabricante.
Las proporciones de los materiales que integran la mezcla de concreto no se modificaran por el empleo de un aditivo acelerante. Se debe restar el agua en que esta disuelto el aditivo de la mezcla, a fin de no modificar la relación agua-cemento, ni la trabajabilidad y consistencia.
El incremento de la resistencia por el uso del acelerante, no justifica la disminución en el contenido del cemento.
De no tener la información necesaria, se realizaran pruebas a fin de evaluar los efectos de las propiedades del concreto en obra. Se deberá determinar si el aditivo contiene o no cloruro de calcio a fin de determinar la capacidad de corrosión en el metal.
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Los acelerantes deberán cumplir con los requisitos que indica la Norma
ASTM C 494 para los tipos C o E. El cloruro de calcio, solido o líquido, deberá cumplir también con los requisitos de la Norma ASTM D 98.
III.
Reductores de agua Los aditivos reductores de agua (o también llamados plastificantes) se usan para disminuir la cantidad de agua de mezcla necesaria para la producción de un concreto con un revenimiento (asentamiento) específico, para reducir la relación agua-cemento, para disminuir el contenido de cemento y para aumentar el revenimiento.
Clasificación Según la norma UNE 942 (Normas de estándares de calidad europeo):
Aditivo reductor de agua o plastificante: Es un aditivo que, sin modificar la consistencia, permite reducir el contenido en agua de un determinado hormigón, o que, sin modificar el contenido en agua, aumenta el asiento (cono de Abrams), o que produce ambos efectos a la vez.
Aditivo reductor de agua de alta actividad o superplastificante: Es un aditivo que, sin modificar la consistencia, permite reducir fuertemente el contenido en agua de un determinado hormigón, o que, sin modificar el contenido en agua, aumenta considerablemente el asiento, o ambos efectos a la vez.
Según la norma ASTM C-494 (Organismo de normalización de estándares de calidad Norte Americanos).
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Tipo A: Aditivos reductores de agua.
Tipo B: Aditivos retardadores de fraguado.
Tipo C: Aditivos acelerantes de fraguado.
Tipo D: Aditivos reductores de agua y retardantes.
Tipo E: Aditivos reductores de agua y acelerantes.
Tipo F: Aditivos reductores de agua de alto rango.
Tipo G: Aditivos reductores de agua de alto rango y retardadores de fraguado.
Características
Los reductores de agua típicos disminuyen el contenido de agua aproximadamente del 5% al 10%. La adición al concreto del aditivo reductor de agua sin la reducción del contenido de agua puede producir una mezcla con mayor revenimiento. Sin embargo, la tasa de pérdida de revenimiento no se disminuye y en algunos casos se aumenta. La pérdida rápida de revenimiento resulta en reducción de la trabajabilidad y en menos tiempo para la colocación del concreto.
Con los aditivos reductores de agua normalmente se obtiene un aumento de la resistencia porque se disminuye la relación aguacemento. En concretos con los mismos contenidos de cemento y de aire y revenimiento, la resistencia a los 28 días de un concreto conteniendo un reductor de agua (y reducción de la cantidad de agua) puede ser del 10% al 25% mayor que la resistencia de un concreto sin aditivo. Apesar de la reducción del contenido de agua, los aditivos reductores de agua pueden aumentar la retracción por secado (contracción por desecación).
Normalmente, el efecto del aditivo reductor de agua sobre la retracción por secado es pequeño si comparado a otros factores más significantes 11
que causan la fisuración (agrietamiento) por retracción en concreto. El uso de reductores de agua para la disminución del contenido de cemento y de agua, manteniéndose la misma relación agua-cemento, puede resultar en una resistencia a compresión igual o menor y puede aumentar la pérdida de revenimiento (asentamiento) en dos o más veces
Los reductores de agua disminuyen, aumentan o no tienen ningún efecto sobre el sangrado (exudación), dependiendo de su composición química. La disminución del sangrado puede dificultar las operaciones de acabado de superficies planas cuando las condiciones de secado son rápidas. Los aditivos reductores de agua se pueden modificar para ofrecer varios grados de retraso, mientras que otros no afectan considerablemente el tiempo de fraguado.
Aditivo tipo Ade la ASTM C 494 (AASHTO M 194) Puede tener un pequeño efecto sobre el tiempo de fraguado, el tipo E lo acelera y el tipo D normalmente lo retarda de 1 a 3 horas. Algunos aditivos reductores de agua también pueden incorporar aire. Los aditivos a base de lignina pueden aumentar el contenido de aire en 1% a 2%. Los concretos con reductores de agua habitualmente tienen buena retención de aire. La eficiencia de los reductores de agua es función de su composición química, de la temperatura del concreto, de la finura y composición del cemento, del contenido de cemento y de la presencia de otros aditivos. La clasificación y los componentes de los reductores de agua se presentan en la Tabla 6-1. Para más información sobre los efectos de los reductores de agua sobre las propiedades del concreto, consulte Whiting y Dziedzic (1992).
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Distribuidores
Actualmente en Perú la marca SIKA comercializa este producto con el nombre de “PLASTIMENT”
La marca CHEMA de igual manera comercializa este producto con los nombres de “CHEMA PLAST” y “CHEMA SUPERPLAST” (hasta 30%
de reducción de agua), los cuales son reductores de tipo A.
Dosificación
Para condiciones promedio de temperatura y diseño se debe de colocar 145 mL a 360 mL por bolsa se cemento.
Se debe de añadir al agua de amasado.
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Para morteros impermeables se debe de usar morteros de 1:3 (3 de arena fina).
Ventajas
Aumenta la trabajabilidad del concreto.
Ofrece mayor resistencia a la compresión.
Ideal para ser usado en “Mixers”.
Ideal para llenado de encofrados en zonas difíciles.
Aumenta la durabilidad del concreto
Produce mayor resistencia a la penetración de humedad, por
consiguiente baja la amenaza de sulfatos.
IV.
Produce concretos menos permeables (impermeabiliza el concreto).
Impermeabilizantes Son sustancias o compuestos químicos que tienen con objetivo detener el agua, impidiendo su paso, y son muy utilizados en el revestimiento de piezas y objetos que deben ser mantenidos secos. Funcionan eliminando o reduciendo la porosidad del material, llenando filtraciones y aislando la humedad del medio. Pueden tener origen natural o sintético, orgánico o inorgánico. Dentro de los naturales destaca el aceite de ricino y, dentro de los sintéticos, el petróleo.
ADITIVOS IMPERMEABILIZANTES Son de gran ayuda en las presas, muros de retención, tanques de almacenamiento, etc., pueden presentar evidencias de filtración debidas a fallas de producción y colocación del concreto, o a grietas en la estructura.
NECESIDAD DE LOS IMPERMEABILIZANTES
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Un concreto de buena calidad con una porosidad baja, un buen grado de hidratación, una adecuada relación gel-espacio, una relación agua-material cementante no mayor del 0.6 en peso, y un curado adecuado, no requiere impermeabilizantes ni estos tienen efecto importante. Se considera que el mejor impermeabilizante sigue siendo el concreto, o a grietas en la estructura.
Materiales empleados Los aditivos de este grupo comprenden jabones, butil estearato, y determinados productos de petróleo: Los jabones comprenden sales de ácidos grasos, usualmente estearatos u oleatos de calcio o de amonio. El contenido de jabón es del 20% o menor y el resto es cloruro de calcio o cal. El total de jabón añadido debe ser menor del 0.2% en peso del cemento. Estos aditivos originan incorporación de aire. El estearato de butilo es mejor repelente del agua que los jabones. No incorpora aire y su efecto sobre la resistencia es despreciable. Se añade como emulsión con el estearato en proporción del 1% en peso del cemento. Entre los productos de petróleo se encentran los aceites minerales, emulsiones asfálticas y ciertos asfaltos rebajados. Los aceites minerales pesados, con viscosidad SAE 60 son efectivos para hacer el concreto repelente al agua y reducir su permeabilidad. Los aceites, añadidos en proporción no mayor del 5% en peso del cemento, tienen muy poco efecto sobre la resistencia.
Marcas de aditivos impermeabilizantes CHEMA El CHEMA 1EN POLVO es un aditivo integral repelente al agua que brinda a los morteros y concretos características hidrófugas de masa e impermeabilidad. Actúa obstruyendo la porosidad dentro de los morteros o concretos y evita la succión capilar interna (Ver cuadro de impermeabilizantes integrales CHEMA al reverso).
USOS: -Para vaciados y tarrajeos de morteros y concretos. -Obras hidráulicas, represas, canales de irrigación o regadío. -Tanques de agua, piscinas, jardineras. 15
-En el asentado de las primeras hileras de albañilería que evitan la ascensión capilar de humedad y salitre. -Sobre cimientos y paredes, especialmente exteriores, expuestas a la intemperie -Pisos, falsos pisos y contrapisos, cubiertas de azotea. -En general en estructuras que se encuentren sometidas a grandes presiones de agua.
VENTAJAS: -Asegura mayor estanqueidad de líquidos en morteros y concretos. -Evita la aparición del salitre. -Brinda mayor plasticidad a la mezcla. -Evita las retracciones o contracciones. -No transmite olor ni sabor al agua potable, ni contamina. -Evita la formación de musgo en la superficie. -Fácil de mezclar en morteros y concretos. -No altera la resistencia mecánica. -Disminuye la exudación y mejora la trabajabilidad.
MODO DE EMPLEO El CHEMA 1 EN POLVO se mezcla con el cemento y los agregados secos de los morteros o concretos. Para asegurar la completa homogeneidad de la mezcla, se debe voltear 2 a 3 veces o mezclar mecánicamente por 2 minutos los componentes secos con el CHEMA1 EN POLVO antes de agregar el agua.
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DOSIFICACIÓN Y RENDIMIENTO -1 kg. De CHEMA1 EN POLVO por bolsa de cemento. -2 5m Aprox. de tarrajeo con un espesor de ½” x bolsa de cemento. -Para morteros impermeables usar diseño 1:3 (1 cemento + 3 arena fina).
CARACTERÍSTICAS FÍSICO QUÍMICAS Densidad: 500 gr. /l Color: Gris Aspecto: Polvo PRESENTACIÓN Bolsa plástica de 1 Kg.
Impermeabilizante Sika Aditivo impermeabilizante de fraguado normal Definición: Sika 1 es un aditivo impermeabilizante elaborado a base de una suspensión acuosa de materiales inorgánicos de forma coloidal, que obturan los poros y capilares del hormigón o mortero mediante el gel incorporado.
Uso: Es recomendable utilizarlo como aditivo en el hormigón y mortero en: -Subterráneos, cimientos, sobre cimientos y radie res en contacto con el terreno. -Mortero de pega en las primeras hiladas de albañilería. -Estucos exteriores, especialmente en fachadas expuestas a lluvias. -Estucos en baños y cocinas. -Losas de cubierta. 17
-Estanques de agua, piscinas, canales, etc. -Obras hidráulicas en general.
Ventajas: El empleo de Sika 1 como aditivo hidrófugo de masa, ofrece las siguientes ventajas: -Asegura la impermeabilidad de morteros y hormigones aún bajo alta presión. -Incrementa la trabajabilidad y la adherencia en las mezclas, facilitando las labores de colocación. -No tiene influencia sobre los tiempos de fraguado, endureciendo, resistencias, mecánicas ni retracciones.
Normas: Está certificado como producto no toxico.
Datos Básicos Color: Líquido color amarillo.
Almacenamiento: 9 meses en sitio fresco y bajo techo en su envase original cerrado, a menos que la etiqueta indique un tiempo mayor.
Presentación: -Tambor 200kg -Tineta 18 litros -Caja 4 x 4,5 litros -Caja 9 x 1.3 litros
Datos técnicos Densidad 1.05kg/dm3
Consumo -En hormigones: 630 a 850 gramos (600 a 810 cm3) por saco de cemento. -En estucos: 130 a 150 gr/m2 (120 a 140 cm3/m2) por cm de espesor.
Método de aplicación
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Se utiliza en el agua de amasado del hormigón, en una dosis del 2% referido al peso del cemento. En caso de hormigones con dosis cemento
superiores
a
300kg/m3
puede
disminuirse a 1.5%. El empleo de sika 1 en el hormigón garantiza una buena impermeabilidad en la obra gruesa, siempre que la faena de hormigonado cumpla con los requisitos mínimos de: dosificación, calidad de los materiales, confección, métodos adecuados y protección posterior (curado). .
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V.
PUZOLANA:
DEFINICIÓN: Las puzolanas son materiales silíceos o alumino-silíceos a partir de los cuales se producía históricamente el cemento, desde la antigüedad Romana hasta la invención del cemento Portland en el siglo XIX. Hoy en día el cemento puzolánico se considera unecomaterial. El término se aplica popularmente a las áreas de frenado para salidas de pista durante competiciones automovilísticas, principalmente de fórmula 1, pues originalmente eran de puzolana, si bien hoy día se emplean otros materiales como grava calibrada de distinto origen.
ORIGEN E HISTORIA: Recibe su nombre de la población de Pozzuoli, en las faldas del Vesubio, donde ya en tiempos romanos era explotada para la fabricación de cemento puzolánico. Después el término fue extendiéndose a todos aquellos materiales que por sus propiedades similares a la Puzolana de origen natural pueden tener usos sustitutivos. La civilización romana fue la que descubrió todo el potencial que estos materiales podían ofrecer. De esta forma uno de los mejores exponentes que podemos encontrar es el Panteón de Roma. Construido en el año 123, fue durante 1.500 años la mayor cúpula construida, y con sus 43,3 metros de diámetro aun mantiene records, como el de ser la mayor construcción de hormigón no armado que existe en el mundo. Para su construcción se mezcló cal, puzolana y agua; añadiendo en las partes inferiores ladrillos rotos a modo de los actuales áridos, aligerando el peso en las capas superiores usando materiales más ligeros como piedra pómez y puzolana no triturada.
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COMPOSICION QUÍMICA: Las puzolanas son materiales silíceos o alumino-silíceos, compuestas principalmente por Aluminosilicatos (Dióxido de Silicio, SiO2 + Óxido de Aluminio, Al2O3): que alcanzan entre un 76% y 82%, según el tipo de puzolana. También contienen Oxido Férrico (Fe2O3), Oxido de Calcio (CaO) y Óxido de Potasio (K2O), los que, en conjunto con los dos elementos anteriores, (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + CaO + K2O) componen entre un 85% y 95% de la masa total de la
puzolana.
El restante 5% a 15% de la puzolana está compuesta por otros diversos tipos de Oxido, como el de Magnesio (MgO), de Sodio (Na2O), de Potasio (K2O), de Titanio (TiO2), de Fósforo (P2O5) y de Manganeso (Mn2O3), tal como se muestra en la siguiente tabla genérica.
Elemento
% Sobre la masa total
Dióxido de Silicio (SiO2) 65% Óxido
de
Aluminio 14%
(Al2O3) Óxido de Calcio (CaO)
5% 21
Óxido Ferrico (Fe2O3)
4%
Óxido de Potasio (K2O)
3%
Otros Óxidos (**)
9%
PRINCIPALES TIPOS DE PUZOLANAS: SEGÚN EL ORIGEN: se clasifican en dos grandes grupos: naturales y artificiales, aunque existe un grupo intermedio constituido por puzolanas naturales que necesitan tratamientos térmicos de activación, con el objeto de aumentar su reactividad.
Puzolanas
Naturales:
Son productos minerales con características composicionales (silito - luminosos), estructurales (estructura imperfecta o amorfa) y texturales (grano fino) que los hacen aptos para su uso como aditivos activos en la industria del cemento. El constituyente amorfo es vidrio producido por el enfriamiento brusco de la lava, como la pómez, las tobas, la escoria y la obsidiana. Son derivadas de erupciones volcánicas, excepto las tierras diatomáceas, las cuales son formadas por silicatos amorfos hidratados, derivados de los esqueletos de microorganismos acuáticos. A la combinación de estructura pobremente cristalina o vítrea que puede poseer alta área superficial se le atribuye la reactividad de estos materiales. Son difíciles de evaluar debido a su variación Mineralógica. Entre las Principales Puzolanas Naturales, tenemos:
- Las acumulaciones de cenizas generadas durante las erupciones vo lcánic as exp los ivas , que por su alto contenido de materiales vítreos son
propensas a sufrir reacciones como las requeridas para las puzolanas. Más tarde por procesos geológicos de enterramiento estas cenizas se convierten en tobas. En rocas y materiales volcánicos hay que considerar dos factores diferentes 22
controladores de la actividad puzolánica; por una parte, la composición química del magma originario que determina la de los productos, y por otra, la constitución y textura de los minerales de dichas rocas, las cuales dependen de la velocidad de enfriamiento y de los procesos de meteorización que los hallan afectado. En las rocas volcánicas son especialmente interesantes las rocas ácidas (ricas en
cuarzo y feldespato). Químicamente tienen la composición que se muestra en la siguiente tabla:
- Tufo s o to bas v olc ánic as (ceolit as): Producto de la acción hidrotermal
sobre las cenizas volcánicas y de su posterior cementación diagenética. Son bastante porosas, característica que les confiere una gran superficie interna favoreciendo su reactividad, entonces, como puzolana sirve tanto el sedimento como la roca.
- Rocas o min erales sedimen tarios ric os en sílice hidratad a y form adas en y a c i m ie n t o s s u b m a r i n o s , por acumulación de esqueletos y caparazones de
radiolarios y diatomeas. Dentro de éstos están el ópalo, el trípoli y las diatomitas. Químicamente tienen la composición que se muestra en la siguiente tabla:
- Existen algunas rocas y minerales no puzolánicos de origen pero que al descomponerse generan productos de naturaleza puzolánica, los cuales son muy escasos en el mundo. 23
Puzolanas
Artificiales:
Son materiales que deben su condición puzolánica a un tratamiento térmico adecuado. Dentro de esta denominación se incluyen los subproductos de determinadas operaciones industriales; tales como, residuos de bauxita, polvos de chimeneas de altos hornos, cenizas volantes, etc. Las de mayor peso en la actualidad, en el mundo, son las cenizas volantes en función de las ventajas económicas y técnicas que ofrecen ya que es un material de desecho y los cementos aumentan la trabajabilidad y disminuyen el calor de hidratación porque son muy buenas puzolanas. Mineralógicamente las cenizas volantes se componen de: _ Sílico - aluminatos vítreos. _ Compuestos cristalinos de Fe, Na, K y Mg entre otros. _ Carbón no quemado. La reactividad de las cenizas volantes como puzolanas depende del tipo y origen del carbón, composición química y mineralógica de éste, del contenido de fase vítrea después de quemado y de la granulometría principalmente. - Cenizas volant es: Las cenizas que se producen en la combustión de carbón
mineral (lignito) fundamentalmente en las plantas térmicas de generación de electricidad. - Arc illas activadas o calcinadas artificialmente: Por ejemplo residuos de la quema de ladrillos de arcilla y otros tipos de arcilla que hayan estado sometidas a temperaturas superiores a los 800 ºC. - Escorias de fund ición: Principalmente de la fundición de aleaciones ferrosas en
altos hornos. Estas escorias deben ser violentamente enfriadas para lograr que adquieran una estructura amorfa. La ceniza de cascarilla de arroz y las - Las c enizas d e resid uo s ag ríco las: cenizas del bagazo y la paja de la caña de azúcar. Cuando son quemados convenientemente, se obtiene un residuo mineral rico en sílice y alúmina, cuya estructura depende de la temperatura de combustión. 24
CARACTERÍSTICAS DE LA CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ: Consiste básicamente de: -
Sílice amorfa (>90 %)
-
Estructura celular de gran área superficial (50 a 60 m2/g)
-
Posee gran actividad puzolánica.
Puzolanas Mixtas o Intermedias: Son aquellas puzolanas que, naturales por su origen, se someten a un tratamiento térmico con el objeto de cambiar sus propiedades para aumentar su reactividad química. Dentro de éstos se incluyen las zeolitas, suelos, rocas, cascarilla de arroz y las arcillas, un representante típico de éstas últimas es el polvo de ladrillo, obtenido como producto de desecho de la industria de la cerámica roja. La factibilidad de que un material arcilloso sometido a un tratamiento térmico permita la formación de compuestos puzolánicamente activos depende principalmente de: _ Estructura y constitución mineralógica. _ Composición química. _ Temperatura. _ Tiempo de cocción y de enfriado.
SEGÚN LA NORMA ASTM C 618: - Clase N: Puzolanas naturales crudas o calcinadas, tal como las diatomitas; tufos
y cenizas volcánicas, calcinadas o sin calcinar; y materiales que requieren de calcinación para inducir propiedades satisfactorias. volante producida por la calcinación de carbón antracítico o bituminoso. - Clase F: Cenizas que poseen propiedades puzolánicas.
25
- Clase C: Ceniza volante producida por la calcinación de carbón sub-bituminoso o
lignito. Esta clase de ceniza, además de tener propiedades puzolánicas, también tiene propiedades cementicias.
TABLA DE REQUISITOS QUÍMICOS Clase
de
Adición
Mineral
COMPOSICIÓN QUÍMICA
N
F
C
70,0
70,0
50,0
Trióxido de azufre (SO3), máx., %
4,0
5,0
5,0
Contenido de humedad, máx., %
3,0
3,0
3,0
Pérdida por calcinación, máx., %
10,0
6,0*
6,0
Dióxido de silicio + óxido de aluminio + óxido de fierro, mín, %
USOS Y PROPIEDADES: Tabla No. 3-1 : Ventajas de las E. En la plasticidad Puzolanas
en
los
Cementos D.1 Rebajando la relación a/c
Puzolánicos A. En la resistencia D.2 Reduciendo la segregación mecánica
D.3 Evitando la exudación y el
A.1 A largo plazo, al prolongar el
sangrado
período de endurecimiento A.1.1 A tracción A.1.2 A compresión A.1.3 Mejor relación tracción compresión
B. En la estabilidad
F. En la impermeabilidad
B.1 Frente a la expansión por cal F.1 Reduciendo la porosidad libre
F.2 Evitando la formación de
B.2 Frente a la expansión por eflorescencias 26
sulfatos
F.3 Produciendo la mayor cantidad
B.3 Frente a la expansión por la de reacción
Tobermorita
álcalis - agregado B.4 Frente a la retracción hidráulica de secado, por la menor relación a/c B.5 Frente a la retracción térmica por enfriamiento B.6 Frente a la fisuración
C. En la durabilidad C.1 Frente a ataques por agua G. En la adherencia puras y ácidas
G.1 Del agregado a la pasta
C.2 Frente a ataques por aguas y G.2 Del mortero a las armaduras suelos sulfatados C.3 Frente a ataques por agua de mar C.4 Frente a ataques por gases de descomposición y fermentación de materias orgánicas C.5 Frente a la desintegración por la reacción álcalis - agregado
D.
En
el
rendimiento
y
la
economía
H. En el comportamiento térmico
D.1 Al corresponder a los cementos puzolánicos mayor volumen que a
H.1 Al liberar menor calor de
otros conglomerantes a igualdad de hidratación 27
peso D.2
H.2 Al producir menor elevación de Al
ser
los
cementos temperatura
puzolánicos, en general,
conglomerantes
más
baratos
9 RAZONES QUE DEMUESTRAN LA IMPORTANCIA DE LAS PUZOLANAS EN LA CONSTRUCCIÓN Gracias
1.- Reemplazan una buena porción del cemento Pórtland del 20 al 40%:
a
disminuyendo
esto los
disminuyen costos
de
producción porque esta adición es mucho más barata que el clínker y más económica de moler.
2.-
Reduce
el
calor
generado Pues ésta es una reacción bastante exotérmica
durante la hidratación: 3.-
Evita
el
agrietamiento
del
concreto:
la cal al hidratarse y compresiva al secarse.
4.- Rebajan en cierto porcentaje los aluminatos que son inestables en medios
Esto se da por la acción expansiva de
sulfatados
y
absorben
álcalis: 5.- Como aditivos son de vital importancia dentro de la industria del cemento:
Estos elementos normalmente entran a reaccionar de manera perjudicial con los agregados del concreto. Intervienen en la calidad del producto final, aumentan la eficiencia del proceso de fabricación y reducen los costos de producción.
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6.- El calor generado por la mezcla Esto incide en la durabilidad del Cemento/Puzolana es menor que el concreto dado que se disminuyen las generado por el mismo peso de tensiones generadas en la dilatosolo cemento: 7.- Permite el diseño de mezclas de concretos más impermeables:
contracción térmica. Para concretos cuyo período de deterioro por el lixiviado de la cal libre se reduce.
8.- Algunas aportan resistencia al concreto contra el ataque de aguas Por tanto disminuyen la expansión de mar, sulfatadas, ácidas o que resultante de la reacción de los contengan dióxido de carbono en agregados alcalinos. solución: 9.- No disminuyen la resistencia de Si son adicionadas en los porcentajes los concretos:
VI.
establecidos (20 – 40%)
Aditivo mineral utilizado para el incremento de la impermeabilidad , resistencia química y mecánica y cohesividad del concreto y mortero.
29
Descripción: Aditivo mineral que reacciona con e l hidróxido de calcio del cemento, formando compuestos de silicato de calcio, sellando los poros capilares del concreto incrementando su impermeabilidad y resistencia a la compresión.
Usos: Se usa en todo concreto o mortero que esté en contacto directo con la humedad o agua, tal es el caso de: tanques de almacenamiento de agua, pozos, fosas sépticas, tuberías de agua potable, aguas negras, obras hidráulicas, albercas, cisternas, jardineras, muros de contención, muros de sótanos, estructuras de puentes, canales, carreteras, pistas de aterrizaje, presas, etc.
Aplicación: Para concreto normal y lanzado, se recomienda agregarlo ju nto con el ce me nto y demá s agr ega dos. Po r su fi nura se rec om ie nda utilizar
algún
aditivo
como FLUIDCRETO
700 o FLUIDCRETO
N (superfluidificante). El proceso es el siguiente: Añadir los agregados gruesos y finos, iniciar el mezclado y añadir FLY ASH TIPO F , añadir el cemento y continuar con el mezclado en seco, posteriormente añadir el agua con los aditivos disueltos.
Propiedades: Aumenta la durabilidad en ambientes químicamente agresivos como plantas industriales, eléctricas, químicas, tratamiento de aguas, marinas, etc. Se obtienen concreto de alta resistencia a la compresión, permite la reducción del cemento en concretos, mejora el bombeo, reduce el sangrado, aumenta la elasticidad, la resistencia al ataque de sulfatos y reduce la permeabilidad protegiendo así el acero de refuerzo.
Aditivos Minerales: Las cenizas volantes, las puzolanas y las microsílicas se incluye en la clasificación de los aditivos minerales, algunas veces el cemento natural.
¿Qué es ceniza volante? Las cenizas volantes son un subproducto de la combustión de carbón en las plantas de energía, que tienen un uso propio. Al ser considerado un producto de desecho de la combustión, la ceniza volante se desechaba tradicionalmente en 30
vertederos. Ahora, las cenizas volantes son capturadas en los gases de escape de la caldera y se vende, creando un flujo de ingresos adicional para las plantas de carbón que les ayuda a controlar sus costes. Casi un tercio de las cenizas volantes producidas en los Estados Unidos se usa como un sustituto para el dióxido de carbono al producir cemento Portland.
Beneficios de usar cenizas en el concreto El hormigón con cenizas volantes es más fácil de trabajar y manipular ya que puede ser mezclado en proporciones que favorecen a una mejor terminación en verano y no afectan el acabado en invierno. El hormigón mezclado con cenizas volantes necesita menos agua. Esto significa que hay menos contracción y agrietamiento. Las cenizas volantes crean un hormigón con una resistencia a la compresión superior en el tiempo, que el hormigón sin cenizas volantes no posee Como las cenizas volantes cuestan menos que el cemento, su uso en la mezcla reduce el costo del concreto.
La opción verde El hormigón con cenizas volantes también podría ser llamado hormigón fresco. Mediante el uso de un sub-producto de la combustión de carbón, se ahorra material virgen y energía. La ceniza volante no está ocupando espacio valioso en los vertederos y ayuda a reducir la contaminación. Mediante la sustitución de cemento Portland, la ceniza volante reduce las emisiones de dióxido de carbono. Debido a que el hormigón es más resistente, hay menos restos de hormigón creados a través del tiempo, lo que se sumará a los ahorros de la energía, el espacio en los vertederos y los materiales vírgenes. Una tonelada de cenizas volantes sacada de la corriente de desechos ayudará a conservar el espacio suficiente para 455 vertederos de residuos sólidos producidos y a reducir las emisiones de dióxido de carbono equivalentes a dos meses de las emisiones de un coche promedio en América.
Algunas desventajas Existen algunos inconvenientes con el uso de cenizas volantes, a pesar de que están más que compensados por los beneficios. Los aumentos de la fuerza de compresión del hormigón con cenizas volantes ocurren lentamente durante un 31
período de tiempo más largo que en el hormigón sin cenizas. Algunos informes han dicho que es más difícil lograr buena terminación. También requiere un producto más que tiene que ser mezclado en una cierta proporción cuando se prepara el hormigón. Algunos estados no permiten las cenizas volantes en el hormigón o tienen restricciones sobre el tipo de hormigón que puede ser utilizado. Para las empresas que trabajan en varios estados, resulta necesario de crear diferentes mezclas para aquellos estados que restringen el uso de cenizas volantes. Normas y Articulos - Mejorando el concreto con ceniza volante Por: Javier Molinari, PE Ecológica Carmelo El uso de ceniza volante (mejor conocido como “fly ash”) en el concreto, añade
beneficios que mejoran su desempeño durante el tiempo de servicio del mismo. Una de las ventajas más importantes que posee una mezcla de concreto con ceniza volante es la baja permeabilidad. Tanto es así que su uso en Puerto Rico para cumplir con las especificaciones locales de la Autoridad de Carreteras y Transportación (ACT) ha sido indispensable. El muy conocido parámetro de resistencia a la penetración del ión cloruro, comúnmente llamado “permeabilidad”,
especificado en la provisión especial número 934 de la ACT, es clave para garantizar la durabilidad de los puentes, carreteras y demás estructuras de nuestro país. La permeabilidad del concreto según el ASTM C 1202 se mide con una máquina que registra la corriente eléctrica inducida a través de una muestra de concreto, y el valor es expresado con la unidad de carga eléctrica “culombio”. Este
estándar de prueba considera cualquier valor sobre los 4,000 culombios como una alta permeabilidad a los iones de cloruro. De igual forma establece que cualquier valor bajo los 2,000 culombios es considerado como baja permeabilidad. Dependiendo del contenido de ceniza volante en el concreto los valores de permeabilidad pueden llegar tan bajo como 250 culombios. AUMENTANDO LA DURABILIDAD DEL CONCRETO EN PUERTO RICO Contrario a lo que se ha practicado por mucho tiempo, una baja relación agua/cemento en la mezcla de concreto no necesariamente es la mejor medida para aumentar la durabilidad del mismo. Factores como, una baja permeabilidad, la fácil consolidación del concreto 32
y excelente resistencia a los ataques de sales son más importantes que una baja relación de agua cemento. Ejemplo de esto son resultados de concretos con ceniza volante y relación agua/cemento igual a 0.48 donde la prueba de permeabilidad en los mismos ha sido 746 culombios versus concretos con ceniza y relación agua/cemento igual a 0.33 donde la permeabilidad ha resultado en un valor de 1,153 culombios. En concretos convencionales, sin ceniza volante, los valores de permeabilidad sobrepasan los 4,000 culombios aún con relación de agua/cemento igual a 0.30. De la misma manera el parámetro de resistencia en compresión (f’c) no guarda relación con la permeabilidad del concreto. Tomemos
como ejemplo el mismo concreto del caso anterior con valor de permeabilidad de 1,153 culombios, la resistencia en compresión resultó en 7,628 lbs/in2 versus el concreto con 746 culombios donde la resistencia en compresión resultó en 3,400 lbs/in2. Actualmente en Puerto Rico se están sirviendo concretos de muy baja permeabilidad y alta resistencia que cumplen con los parámetros de la provisión especial 934 de la ACT. En proyectos como el tramo de la carretera PR-10 de Utuado a Adjuntas se han registrado resultados tan bajos como 380 culombios, algo que en el pasado parecía imposible de lograr. En el muelle 3 de San Juan, los concretos han reflejado resultados de permeabilidad de 510 culombios. En un proyecto reciente donde se instaló una planta para manufactura de mortero industrializado, el concreto utilizado para las 770 yardas cúbicas de zapata resultó con permeabilidad promedio de 470 culombios. Son muchos más los proyectos donde el dueño ha decidido construir tomando en cuenta no solo la resistencia mecánica del concreto sino la durabilidad del mismo En términos de resistencia a sales de sulfato, se ha demostrado que el concreto con ceniza volante tiene una gran ventaja sobre el concreto convencional sin ceniza. La ceniza volante que provee esta resistencia a las sales de sulfato es la ceniza clase F, la misma ceniza que la compañía Ecológica Carmelo importa a Puerto Rico. Para medir el efecto de las sales de sulfato en el concreto, se procede a medir el cambio de volumen que ocurre en vigas pequeñas manufacturadas con el mortero del concreto a someterse a prueba según lo establece el estándar ASTM C1012. Las vigas son sumergidas en una solución de sulfato de sodio para luego medir su longitud 33
