Modificadores de fraguado y endurecimiento Introducción.

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1 Modificadores de fraguado y endurecimiento Introducción. Son productos que adicionados a las pastas, morteros u hormigones en el momento del amasado, impiden, retardan o aceleran el fraguado de los mismos o actúan sobre su endurecimiento (Figura ); a estos productos se les denomina inhibidores de fraguado, retardadores y acelerantes, respectivamente. El uso de un inhibidor puede ser conveniente en determinados casos en los que convenga interrumpir el proceso de fraguado del cemento, como puede ocurrir, por ejemplo, en el caso de una avería en un camión hormigonera. El empleo de un retardador que frene la hidratación del cemento, con respecto a su velocidad normal, puede ser también conveniente en determinados casos como, pueden ser, el transporte del hormigón a grandes distancias, complicaciones en la puesta en obra del hormigón, etc. La utilización de un acelerante puede tener ventajas de tipo económico o técnico. La primera es frecuente en prefabricación donde el inmovilizar los moldes durante un tiempo reducido supone un gran ahorro económico. Con el empleo de acelerantes pueden conseguirse varias piezas semanales con un mismo molde. La segunda ventaja se presenta en el hormigonado en tiempo frío donde el empleo de un acelerador permite que el hormigón adquiera unas resistencias suficientes antes de que las bajas temperaturas puedan afectarle. Figura Efecto de los modificadores de fraguado y endurecimiento sobre las resistencias a compresión de un hormigón. 1

2 Inhibidores. Son sustancias que impiden el fraguado del cemento como ocurre con los azúcares, compuestos cálcicos solubles, etc Retardadores. Son sustancias que retardan la disolución de los constituyentes anhidros del cemento o su difusión. Forsen dividio los retardadores en cuatro grupos, de acuerdo con el tipo de curva que se obtiene al representar el tiempo inicial de fraguado en función de la cantidad de retardador añadido (los tipos de curvas se muestran en la figura ). Tales grupos, incluyendo las sales que pertenecen a ellos, son: Grupo I: CaSO 4.2H 2 O, Ca(ClO 3 ) 2, CaI 2 Grupo II: CaCl 2, Ca(NO 3 ) 2, Ca(NO 2 ) 2, CaBr 2, CaSO 4.(1/2)H 2 O Grupo III: Na 2 CO 3, K 2 CO 3, NaSiO 3 Grupo IV: 1.- Surfactantes con grupos polares en la cadena hidrocarbonada, como por ejemplo gluconatos, lignosulfonatos y azucares. 2.- Sales de sodio de los ácidos fosfórico, bórico y oxálico Na 3 PO 4, Na 2 B 4 O 7, Ca(CH 3 OOO) Sales de cinc o de plomo, como los óxidos. Grupo V: Sales del ácido fórmico y trietanolamina. La acción del yeso en el grupo I es un comportamiento esperado porque su solubilidad es limitada. Las concentraciones de (SO 4 ) 2-, son independientes de la cantidad de yeso sólido presente, y la acción de retardo dura todo el tiempo que el yeso está presente. Con los retardadores del tipo I, la solubilidad de la alúmina permanece baja, aún cuando las adiciones sean grandes. Figura Acción de los distintos tipos de retardadores. 2

3 El grupo II incluye el cloruro de calcio y compuestos de similar naturaleza. Su comportamiento es similar a los del grupo III. Con este tipo de retardadores, la alúmina tiene una baja solubilidad a bajas concentraciones de retardador y la sal actúa como tal, pero a altas concentraciones, la solubilidad de la alúmina aumenta en la solución de cemento y no hay acción retardadora. Solamente dos compuestos están en el grupo III, y son: el carbonato de sodio y el silicato de sodio. Ambos compuestos reaccionan con el hidróxido de calcio para formar álcalis, y Forsen atribuye el pequeño efecto que producen, a la precipitación de hidróxido de aluminio, el cual puede ser disuelto a altas concentraciones. Los compuestos del grupo IV fueron llamados por Forsen retardadores cement - destroying, siendo retardadores efectivos cuando son usados en pequeñas cantidades; en otro caso, el período de fraguado podría prolongarse enormemente, entrando en el período de endurecimiento. Probablemente, más de un único mecanismo puede explicar la acción de todas las sustancias en esta clase. Originalmente, Forsen atribuyó la acción a la precipitación de compuestos insolubles, semejantes a mantos protectores. Más tarde, él mismo no estaba seguro de que realmente sucediese así y mencionó que en algún caso, la acción de retardo dependería del ph. Los retardadores pueden actuar de dos formas distintas según su naturaleza; una es favoreciendo la solubilidad del sulfato cálcico, que de por sí es retardador de fraguado y, la otra, formando sales cálcicas que son adsorbidas por las partículas de cemento, retrasando de esta forma su hidratación. Se ha comprobado que los retardadores de fraguado influyen en el tamaño de los cristales formados de portlandita, ettringita,etc. El empleo de retardadores es delicado debido a que, si se emplean en dosis incorrectas, pueden inhibir el fraguado y endurecimiento del hormigón; por esta razón se utilizan con más frecuencia fluidificantes o reductores de agua de amasado, que al mismo tiempo actúan como retardadores. Por otra parte Los retardadores reducen las resistencias mecánicas del hormigón en sus primeros estados (Figura ) La acción principal de los retardadores es aumentar el tiempo durante el cual el hormigón es trabajable permitiendo: el transporte del mismo sin que se produzca un endurecimiento prematuro o la segregación, lo cual es importante en el transporte a largas distancias, en hormigones bombeados, en inyectados, etc; controlar el principio de fraguado de una masa para conseguir que una pieza hormigonada en varias fases fragüe al mismo tiempo sin dar lugar a discontinuidades o juntas; hormigonar en tiempo caluroso al hacer al cemento menos activo en su hidratación con lo cual desprenderá menos calor durante la misma, especialmente durante los primeros 7 días; lograr un acabado adecuado en hormigones de áridos vistos al aplicar el retardador a la superficie de los encofrados con lo cual el hormigón en contacto con ellos endurece más lentamente y puede tratarse con cepillo una vez realizado el desencofrado, etc. Los retardadores de fraguado aumentan la retracción de los hormigones, siendo el aumento dependiente de la dosificación del hormigón, y de las condiciones de curado del mismo. 3

4 Acelerantes. Son productos que, al contrario de los retardadores, favorecen la disolución de los constituyentes anhidros del cemento, su disolución o su velocidad de hidratación; su acción no está muy bien definida, aunque parece ser que provocan una cristalización rápida de silicatos y aluminatos cálcicos en la pasta del cemento hidratada. En una gran parte de ellos se encuentra el cloruro cálcico que es el acelerante por excelencia ; sin embargo, también actúan como aceleradores o acelerantes el cloruro sódico, amónico, y férrico, las bases alcalinas, hidróxidos sódico, potásico y amónico, los carbonatos, silicatos y fluosilicatos, aluminatos, boratos de sodio o potasio, el ácido oxálico, la alunita, la dietanolamina, trietanolamina etc. El CaCl 2, incrementa la velocidad de hidratación dando lugar a resistencias iniciales altas y a una gran liberación de calor en sus primeras horas, al actuar como catalizador en las reacciones de hidratación del aluminato del cemento, formando la sal de Friedel : y acelerando la reacción entre el yeso y el C3A y el C4AF. Con el cloruro cálcico el tiempo de iniciación del fraguado puede reducirse a menos de la mitad del normal. Al ser mayor la velocidad de desprendimiento de calor en las primeras horas del hormigón, este acelerante permite el hormigonado en tiempo frío, debido a que el calor desprendido contrarresta en parte el frío exterior. La velocidad de endurecimiento aumenta de tal forma que un 1 por 100 de cloruro cálcico sobre el peso de cemento, es equivalente, desde este punto de vista, a una elevación de temperatura de 6 C, dependiendo del tipo y dosificación de cemento. Aparte de estas ventajas, el cloruro cálcico mejora la docilidad de los hormigones y aumenta su compacidad, no alterando las resistencias finales de los mismos y no produciendo regresión de ellas, como ocurre con otros cloruros. Este tipo de aditivo tiene el inconveniente de que puede dar lugar a eflorescencias y corrosión de las armaduras, especialmente si el hormigón se encuentra en ambiente húmedo, de aquí que en el hormigones armados no deban emplearse dosificaciones más altas del 2 % y en hormigón pretensado esté totalmente prohibido su empleo. Se consideran aditivos exentos de cloruros aquellos en los que el contenido de ión cloro no es superior a lg/l, en el caso de aditivos líquidos y de 0.3 % sobre peso de cemento en el de aditivos sólidos. La dosis normal de uso de cloruro cálcico oscila entre el 1 y 2 %, aunque, en casos especiales, se puede llegar al 3 %, debiendo tenerse en cuenta que dosis altas pueden dar lugar a fraguados excesivamente rápidos que pueden crear dificultades en la puesta en obra, aunque, en ocasiones, como en el taponamiento de vías de agua sean útiles estas dosis. El cloruro cálcico incrementa la retracción del hormigón e incluso la fluencia, sin embargo, aumenta la resistencia a la abrasión de los hormigones de una forma permanente. Este cloruro puede emplearse con cualquier cemento portland pero no con morteros de cal o con cemento aluminoso 4

5 El cloruro sódico tiene un comportamiento similar al cálcico aunque más moderado en el calor de hidratación. Se han observado pérdidas de resistencias en los hormigones en los que se ha utilizado y esto ha motivado el que se prescinda de su empleo. Otro acelerante empleado frecuentemente es el carbonato sódico; su dosificación debe ser estrictamente controlada debido a que en pequeñas dosis puede actuar como retardador. En cualquier caso produce un aumento considerable de la retracción. El empleo de sosa o de potasa es peligroso debido a que disminuye las resistencias mecánicas y aumenta la retracción. Actualmente se están utilizando mucho los acelerantes a base de aluminato sódico por su gran eficacia y carencia de efectos secundarios; sin embargo, cuando el hormigón vaya a estar en contacto con terrenos ricos en sulfatos hay que tener en cuenta que la cantidad de aluminato será, en este caso, la suma de la del cemento y la del aditivo, pudiendo darse el caso de que el hormigón sea sensible al ataque aunque se haya empleado un cemento SR. Los acelerantes pueden ir asociados con otros aditivos formando combinaciones binarias con hidrófugos, plastificantes, aireantes,etc. Dada la influencia que la temperatura tiene en las reacciones químicas se comprende la importancia que esta tiene en la eficacia de dichos aditivos. Los acelerantes encuentran su principal aplicación en el hormigonado en tiempo frío en prefabricación al permitir los desencofrados rápidos, cuando se requiere reducir el tiempo de curado, para disminuir las presiones sobre los encofrados, obturación de escapes de agua a través de fisuras, trabajos en túneles y galerías con paredes húmedas, en trabajos marítimos entre dos mareas, en hormigones y morteros proyectados, etc. 5

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