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Nuevas tecnologías en el mundo de los aditivos superplastificantes para hormigón

Cristina Valverde, Yolanda Serrano y Juan Domínguez

Sika, S.A.U.

En los últimos años la evolución de los aditivos plastificantes y superplastificantes para el mundo del hormigón ha sido espectacular, cubriendo prácticamente todas las necesidades que este mercado demanda. Aun así, en numerosas ocasiones los fabricantes de hormigón preparado han pedido a los fabricantes de aditivos productos que pudiesen mantener durante un tiempo prolongado la manejabilidad del hormigón, sobre todo en tiempo caluroso. Es sabido que la perdida de la manejabilidad del hormigón supone una serie de problemas que, en numerosas ocasiones, se resuelven de manera que perjudican claramente la calidad de éste.

Atendiendo a esa demanda, Sika, S.A.U. como empresa líder e innovadora en el sector de los aditivos para hormigón ha desarrollado un nuevo polímero que viene a solucionar de manera definitiva dicho problema.

Mayores tiempos de manejabilidad y mayor facilidad de puesta en obra del hormigón fresco, implica mejorar y facilitar la producción de hormigón y hacerla más flexible. Por otro lado, es un requisito fundamental que el inicio de fraguado del hormigón no se vea alterado. La solución para estos requerimientos es la nueva tecnología: Sika ViscoFlow.

Una trabajabilidad excepcional

La clave de Sika ViscoFlow es una nueva gama de policarboxilatos o PCEs, capaces de mejorar el tiempo de trabajabilidad del hormigón de forma muy significativa, consiguiendo tiempos de transporte y puesta en obra nunca antes alcanzados para los aditivos tradicionales. El inicio de fraguado no se altera, sólo se ve modificado por el tiempo ganado de manejabilidad del nuevo polímero.

Así, el tiempo de trabajabilidad puede definirse con los siguientes requisitos:

  • Mantenimiento del cono y de la trabajabilidad del hormigón constante durante horas, sin retardos de fraguado y por consiguiente, un desarrollo de resistencias iniciales adecuado
  • Apto para una inmensa mayoría de las aplicaciones del hormigón, incluidas aquellas con relaciones agua/cemento bajas, incluso con condiciones de temperaturas muy altas o muy bajas

Un polímero para requisitos más elevados

Sika ViscoFlow no es sólo un nuevo aditivo, representa una nueva herramienta de trabajo, una ampliación del campo de aplicaciones y de las posibles respuestas a las demandas de los clientes.

  • En cualquier hormigón se puede emplear Sika ViscoFlow para trabajabilidades muy elevadas y así asegurar el objetivo final de manejabilidad. Este efecto se consigue sin retardo en el tiempo de fraguado.
  • La trabajabilidad del hormigón se mejora y se asegura incluso con los cementos más críticos y con cementos con los que los policarboxilatos habituales endurecen demasiado rápido.
  • Incluso en condiciones ambientales adversas, como a muy elevadas temperaturas, la trabajabilidad conseguida con Sika ViscoFlow es superior a la de otros aditivos, incluyendo hormigones con bajas relaciones agua/cemento, por lo que la mejora en la durabilidad del hormigón conseguido es muy importante.

Antes de entrar a profundizar en la tecnología y prestaciones de este nuevo polímero, es interesante hacer un repaso por la evolución histórica de los aditivos reductores de agua, a modo de recordatorio.

EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS ADITIVOS

LIGNOSULFATOS – PLASTIFICANTES
En los años 30 se desarrolló la primera generación de aditivos para el mundo del hormigón a base de lignosulfonatos. Los lignosulfonatos se obtienen del proceso secundario de la extracción de la celulosa de la madera. Generalmente tienen que ser tratados con el fin de reducir su contenido en azúcares para contrarrestar su efecto retardador.

Su característica fundamental es que permiten reducir el agua en el hormigón como máximo un 10% o conseguir, a igual relación agua/cemento, un aumento de la fluidez. Como efecto negativo principal podemos destacar la tendencia a producir retrasos en el fraguado del hormigón, sobre todo cuando se utilizan altas dosificaciones.

Estos aditivos se han estado utilizando de manera generalizada en los últimos años, aunque ya se están sustituyendo por otros de nuevas tecnologías.

Aditivos 1

SUPERPLASTIFICANTES

En los años 60 de manera casi simultánea se desarrolla la segunda generación de aditivos. En Japón aparecen los Naftalenos – Sulfonatos con la intención de reducir la relación agua/cemento y en Alemania aparecen los condensados de Melamina – Sulfonato con la idea de mejorar la fluidez del hormigón sin variar la relación agua/cemento.

Los aditivos superplastificantes vienen a suponer una revolución en el mundo del hormigón pues permiten confeccionar hormigones de altas resistencias y altas prestaciones, que sin su utilización serían impensables.

Naftalenos – Sulfonatos
Los Naftalenos son productos resultantes del proceso de refinado del carbón. Como características principales hay que destacar que permiten reducir aproximadamente un 20 % el agua de amasado del hormigón, le confieren una buena manejabilidad al mismo y las resistencias a los 28 días suelen mejorar considerablemente.

Tienen como efecto negativo que pueden ocluir aire en el hormigón, aunque en cantidades no demasiado elevadas.

Aditivos 2

Melaminas – Sulfonatos
Los condensados de Melaminas están basados en polímeros sintéticos. Confieren una reducción similar de agua a la de los aditivos basados en Naftalenos y su característica fundamental es que las resistencias a edades tempranas son más elevadas. Son muy adecuados para la fabricación de elementos arquitectónicos con cemento blanco porque el polímero es incoloro.

Puede ocurrir que a bajas relaciones a/c, se pueda producir flujo viscoso.

Aditivos 3

Los superplastificantes de segunda generación han tenido como efecto negativo principal que la pérdida de trabajabilidad del hormigón es demasiado rápida, por lo general se aconseja su utilización en obra. Esta pérdida de trabajabilidad tan acelerada se ha mejorado considerablemente con los aditivos superplastificantes de tercera generación.

Copolímeros de Vinilo

Estos polímeros sintéticos poseen moléculas de mayor tamaño que los anteriores, proporcionando un efecto plastificante superior. La disposición de las partículas del cemento es mucho más efectiva y así proporcionan una mayor reducción de agua (aproximadamente un 30 %). También le confiere al hormigón un mayor tiempo de manejabilidad que la de los superplastificantes de melaminas o naftalenos.

Los superplastificantes de copolímeros de vinilo han sido utilizados en diversos ensayos de laboratorio para confeccionar hormigones autocompactables, bién solos o en combinación con aditivos viscosantes o espesantes, con buenos resultados.

Aditivos 4

Policarboxilatos

Los policarboxilatos pertenecen a la tercera generación de aditivos superplastificantes. Químicamente se basan en copolímeros de ácido acrílico y grupos éter de ácido acrílico y poseen largas cadenas laterales a diferencia de los superplastificantes tradicionales.

Los aditivos tradicionales a base de melaminas y naftalenos se basan en un efecto de dispersión de las partículas del cemento. Esta se consigue porque la molécula del aditivo tiene una estructura de dipolo con grupos cargados negativamente. Esas moléculas se absorben por los gránulos del cemento y los dota de cargas negativas, haciendo que los mismos se repelan entre sí.

El efecto de repulsión electrostática disminuye progresivamente al depositarse sucesivas capas de productos de hidratación en la superficie del grano de cemento, lo que conlleva a una pérdida de la fluidez y la trabajabilidad.

Los nuevos aditivos, basados en éteres policarboxílicos, basan su efecto dispersante en importantes cadenas laterales y, mucho menos, en la pura repulsión electrostática. Las largas cadenas laterales crecen más allá de los productos de hidratación del cemento formados, proporcionando una mayor dispersión.

Estas cadenas laterales son responsables del efecto estérico. Al transcurrir el tiempo, una segunda molécula se activa mediante el efecto estérico y así se logra una actividad más duradera en el tiempo.

Aditivos 5

Estos aditivos son los primeros que permiten confeccionar Hormigones Autocompactantes. En general las moléculas de aditivos acrílicos le confieren al hormigón, a modo de resumen, las siguientes características:

  • Elevada reducción de agua
  • Gran cohesión
  • Tiempo de manejabilidad muy superior a la de los superplastificantes convencionales
  • Gran impermeabilidad
  • Excelentes acabados superficiales

Nueva generación de policarboxilatos

En los últimos años se ha llegado a un control total sobre la formulación de los policarboxilatos empleados en aditivos de hormigón. Se sintetizan las moléculas de forma muy específica, modificando la cadena central o columna vertebral, generando un determinado número de cadenas laterales en la molécula, o bien determinada longitud de éstas…

Aditivos 6

En general la columna vertebral de la molécula, con grupos carboxilo, es responsable de:

  • La reducción de agua alcanzable
  • Asentamiento inicial
  • Tiempo de mezclado

Mientras que las cadenas laterales, su longitud, densidad, etc… determinan esencialmente el mantenimiento o caída de la trabajabilidad del superplastificante. Dependiendo de cómo y cuantas de estas cadena laterales se introduzcan, se pueden conseguir distintas configuraciones de polímeros según sea nuestro interés.

Aditivos 7

Esto se traduce en propiedades muy diferentes dentro de los propios policarboxilatos. Existen aditivos base únicamente policarboxilato capaces de generar resistencias elevadas a 3 y 4 horas, como Sika Viscocrete 20 HE, y otros que pueden proporcionan una trabajabilidad de 4 a 6 horas sin retardo, como la nueva gama Sika ViscoFlow.

De forma esquemática, en la nueva gama Sika ViscoFlow las cadenas laterales son más cortas que en los policarboxilatos tradicionales, lo que, junto con la densidad de cadenas, produce una mejora muy significativa del tiempo de trabajabilidad y bombeabilidad del hormigón alcanzando tiempos de transporte y puesta en obra nunca antes vistos para los aditivos base policarboxilato.

Policaboxilatos tradicionales
Policaboxilatos tradicionales
Policarboxilatos de la gama Sika ViscoFlow
Policarboxilatos de la gama Sika ViscoFlow

Policarboxilatos tradicionales Policarboxilatos de la gama Sika ViscoFlow

LA ÚLTIMA REVOLUCIÓN

La aparición de los superplastificantes supuso una revolución en el mundo del hormigón, permitiendo fabricar los primeros hormigones de altas resistencias, que dio paso al auge de la construcción de rascacielos sobre todo en EEUU.

Otra de las revoluciones importantes fue que los superplastificantes han permitido fabricar hormigones autocompactantes posibilitando el diseño de estructuras con formas increíbles en el mundo del hormigón.

Por último los superplastificantes dan un paso más, permitiendo confeccionar hormigones en los que el tiempo de manejabilidad de los mismos ya no es un problema, pudiendo conseguir que esa manejabilidad se pueda controlar con solo variar la dosificación de dichos aditivos .

Esta última revolución se llama Sika Viscoflow.

Medida del asentamiento o cono de Abrams de dos hormigones comparativos, confeccionados en una planta de hormigón, en el mes de julio
Medida del asentamiento o cono de Abrams de dos hormigones comparativos, confeccionados en una planta de hormigón, en el mes de julio

“Medida del asentamiento o cono de Abrams de dos hormigones comparativos, confeccionados en una planta de hormigón, en el mes de julio”.

BIBLIOGRAFIA

Rixom, M.R; Aditivos para hormigones. Composición, propiedades y empleo

Dominguez J;Utilización de los aditivos en el hormigón autocompactante. Cemento y Hormigón, Octubre 2003

New superplasticizers: from research to applications. Y.FHoust, R.J.Flatt, P.Bowen, H.Hofmann, ËPFL, U.Mäder, J.Widmer, U.Sulser, T.A.BÜRgue, Sika, Switzerland.

READY-MIXED CONCRETE INDUSTRY STATISTICS YEAR 2013, ERMCO Boulevard du Souverain 68 1170 Brussels – Belgium

DATOS ESTADÍSTICOS ANEFHOP, 2014 Trimestre 4º.

Relating Fresh Concrete Viscosity Measurements from Different Rheometers. Chiara F.Ferraris and Nico S.Martys. Journal of Research of the National Institute of Standars and Technology.

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