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

JUAN JOSE OLCINA SANTOS Licenciado Ciencias Quimicas jefe de zona Levante BASF CCE SL

BASF en el mundo

Ventas (millones de €) (+15% respecto a 2010)

73.497

Beneficio-EBIT (millones de €) (+11% respecto a 2010) Colaboradores (+2% respecto a 2010)

05.03.2014

8.586 111.141

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

2

Érase una vez… 2000 años a.C.

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

3

Notas historicas  EPOCA ROMANA

Clara de huevo como aireante-plastificante.

 1895

Cal grasa (FRANCIA).

 1923

Sulfonatos (EEUU).

 1923

Naftalenos sulfonados (EEUU).

 1930

Lignosulfonatos.

 1940

Aireantes.

 1960

Naftalenos sinteticos.

 1965

Melaminas sinteticas.

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

4

EL HORMIGÓN Y LOS ADITIVOS Presente en casi todos los hormigones. Gran numero de controles. Fundamental para la durabilidad y colocación del hormigon. Los aditivos se presentan ya como componentes indispensables. Sin embargo, deben conocerse las ventajas y las limitaciones de cada familia de aditivos para su óptimo funcionamiento y rendimiento.

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

5

CLASIFICACIÓN DE LOS ADITIVOS Clasificación según aplicación Aditivos que reducen agua Plastificantes / Reductores de agua Superplastificantes / Reductores de agua de alta actividad Polifuncionales

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

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

6

ADITIVOS QUE REDUCEN AGUA Tipos y funciones

Tres familias básicas

PLASTIFICANTES / REDUCTORES DE AGUA SUPERPLASTIFICANTES / REDUCTORES DE AGUA DE ALTA ACTIVIDAD POLIFUNCIONALES

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

Efectos intrínsecos al empleo del aditivo

05.03.2014

Capacidad fluidificante/reductora de agua Evolución de resistencias Mantenimiento de efecto Retraso de fraguado

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

7

Uso de los aditivos para hormigón Resistencia :< A Consistencia: > B + agua

Resistencia := A Consistencia: = B - agua

- agua + RA

- agua - cemento + RA

Resistencia := A Consistencia: = B

+ RA

Resistencia :> A Consistencia: < B

05.03.2014

Resistencia :> A Consistencia: = B

Resistencia := A Consistencia: > B

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

8

ADITIVOS QUE REDUCEN AGUA Aditivos plastificantes/reductores de agua

Aditivo que, sin modificar la consistencia, permite reducir el contenido de agua de un determinado hormigón, o que, sin modificar el contenido de agua, aumenta el asiento (cono/escurrimiento), o que produce ambos efectos a la vez. Efecto secundario principal: retraso de fraguado. Reducción de agua limitada por el efecto retardante. Al incrementar la dosificación, aumenta considerablemente el efecto retardante de fraguado. Ofrecen un buen mantenimiento de la consistencia. Sobredosificados, pueden producir oclusión de aire y reducen resistencias mecánicas.

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

9

Aditivos plastificantes/reductores de agua Composición

Las materia primas típicas con efecto plastificante son varias: – Lignosulfonatos modificados – Polialcoholes – Ácidos polihidroxilados, pce PRESENTE – Polisacáridos específicos El mecanismo de actuación es específico para cada uno. Basado en la química de adsorción sobre superficies sólidas, que generan diferencias de potenciales superficiales.

Los lignosulfonatos son las materias primas principales más comunes: -Se obtienen a partir de madera, a partir de procesos de fermentación, sulfonación, fraccionamiento… - Secuencias poliméricas irregulares (fenil-propano sustituido) -Su secuencia química y composición, y por lo tanto su efecto, depende tanto del proceso de síntesis y diseño del producto final (presencia de agentes auxiliares) como de la procedencia de la materia prima para su elaboración: la madera. 05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

10

Aditivos plastificantes/reductores de agua Proceso de síntesis

El tipo de madera es el primer factor clave que determinará las características del lignosulfonato obtenido. Depende de... Factores climáticos... Lluvias... Sol... 05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

11

Aditivos plastificantes/reductores de agua Composición química

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

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

12

Aditivos plastificantes/reductores de agua Composición química

Debido a la dualidad de caracteres hidrofílicos e hidrofóbicos, en solución acuosa el lignosulfonato se halla formando microgeles cerrados, orientando los grupos ionizados al exterior. Su porcentaje de ionización, depende del número de grupos activos, del pH, etc, y puede modificarse por la acción de compuestos específicos.

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

13

Aditivos plastificantes/reductores de agua Mecanismo de acción

DISPERSIÓN

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

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

14

Aditivos plastificantes/reductores de agua Mecanismo de acción

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

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

15

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

Aditivo que, sin modificar la consistencia, permite reducir fuertemente el contenido de agua de un determinado hormigón, o que, sin modificar el contenido de agua, aumenta el asiento (cono/escurrimiento), o que produce ambos efectos a la vez. No producen retraso de fraguado, prácticamente con independencia de la dosificación usada. Reducción de agua superior, tanto por una mayor capacidad reductora de agua natural del aditivo como por no ofrecen límite de dosificación por retraso de fraguado. Mantenimiento de consistencia limitado. Sobredosificados, pueden producir exudación y segregación.

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

16

Aditivos superplastificantes/reductores de agua de alta actividad Composición

Las materia primas típicas con efecto plastificante son varias: – Condensados de formaldehido-β-naftalensulfonato (BNS) Condensados de formaldehido-melaminasulfonada (MNS) – Sales de éter policarboxílico (PCE)

Mecanismo similar al de los plastificantes convencionales, pero con una intensidad más pronunciada.

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

17

Aditivos superplastificantes/reductores de agua de alta actividad Estructura química

BNS Condensado de formaldehido naftaleno sulfonado

MNS Condensado de formaldehido melamina sulfonada

Son polímeros de síntesis 05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

18

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

_ _ SO3-

_ SO3-

+ + + + + + Zona + + + hidrofóbica + + + _ + + _ +

SO3-

_

Fase C3A

BNS

Partícula de cemento 05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

19

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

N

N N

N

Repulsión Repulsión

-

N N

05.03.2014

N

Repulsión

-

N

N

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

N

20

Aditivos superplastificantes/reductores de agua de alta actividad Estructura química Unidad de anclaje Cadena principal

Cadena lateral

Terminación cadena lateral

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

21

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

Mecanismo de dispersión por impedimentos estéricos

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

22

ADITIVOS QUE REDUCEN AGUA Aditivos polifuncionales

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

Plastificantes

Superplastificantes

Polifuncionales SUPERPLASTIFICANTES POLIFUNCIONALES PLASTIFICANTES 0,3%

05.03.2014

0,5%

0,7%

0,9%

1,1%

1,2%

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

1,4%

23

ADITIVOS INCLUSORES DE AIRE Introducción

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

Estos aditivos se caracterizan por una estructura común: •

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

•

Terminal hidrofílico (grupo sulfónico): alta solubilidad en agua

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

24

EFECTO AIREANTE Mecanismo de actuación

La dualidad de comportamientos frente al agua hace que el tensoactivo se organice formando estructuras llamadas miscelas. La miscela se estabiliza ocluyendo aire en su interior. – El tamaño de la burbuja introducida depende de la longitud y secuencia de la cadena orgánica. Por lo tanto es controlable. – Por la estructura de la miscela, la burbuja es siempre esférica. – La carga negativa exterior de la miscela crea repulsión entre “burbujas”, de tal manera que estas se reparten uniformemente (reducido factor de espaciado). 05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

25

INCLUSORES DE AIRE Características

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

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

26

ADITIVOS ACELERANTES DE FRAGUADO Introducción y características

Aditivo que disminuye el tiempo de transición de la mezcla para pasar del estado plástico al estado rígido. CARACTERÍSTICAS Usados en tiempo frío, cementos lentos, etc. La reducción del tiempo de fraguado es función de varias condiciones (Tª, dosis...) Coste medio Dosis limitada Sobredosis: Poco efecto Pueden reducir las resistencias a largo plazo

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

27

ACELERADORES / RETARDADORES DE FRAGUADO Efectos sobre las resistencias

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

28

ADITIVOS HIDRÓFUGOS Introducción y características

Aditivo que reduce la absorción capilar del hormigón endurecido

CARACTERÍSTICAS El hormigón aditivado repele el agua. Prefabricado ligero (bloques y elementos de hormigón seco compactado). Morteros de revoco. No se aconseja en elementos estructurales ya que pueden reducir la adherencia entre hormigón y armadura.

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

29

EFECTO HIDROFUGANTE Mecanismo de actuación

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

Ocluyendo Por migración aire: solo en un % reducido Aire

Zona repelente al agua

¡¡ La estabilización por oclusión de aire no es Mortero !! suficiente

H2 O Terminal hidrofóbico

Terminal hidrofílico

endurecido

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

30

EFECTO HIDROFUGANTE Mecanismo de actuación

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

31

ADITIVOS IMPERMEABILIZANTES Introducción

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

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

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

32

ADITIVOS COHESIONANTES Introducción Incremento de la cohesión de la masa de mortero por la formación de un entramado químico, minimizando el riesgo de exudación y disgregación de la masa, sobretodo en hormigones de elevada fluidez y con deficiencia de finos. CARACTERÍSTICAS: Hormigones bombeados. Hormigones con deficientes granulometrías o faltos de finos. Diseñados para la fabricación de HAC. Su sobredosis implica pérdidas de consistencia. Dosis limitada, en función de las caracteríasticas del hormigón.

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

33

ANTICONGELANTES Introducción

Aditivo que permite hormigones en condiciones de baja temperatura, evitando los efectos secundarios producidos por el frío En tiempo frío Actúan como acelerantes y reduciendo el punto de congelación del agua A base de aminas, nitratos... Dosis: 1-2 % Sobredosis: Poco efecto

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

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

34

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

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

35

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

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

36

REDUCTORES DE RETRACCIÓN

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

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

37

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

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

38

ADITIVOS PARA HORMIGONAR BAJO EL AGUA

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

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

39

Futuro…

¿….? http://www.master-builders-solutions-basf.es/profesionales/home

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

40

GRACIAS POR SU ATENCION

05.03.2014

JUAN JOSE OLCINA SANTOS

41