Superplastificante

Los superplastificantes ( SP ), también conocidos como reductores de agua de alto rango ( HRWR ), son aditivos que se utilizan para fabricar hormigón de alta resistencia o para colocar hormigón autocompactante . Los plastificantes son compuestos químicos que permiten la producción de hormigón con aproximadamente un 15 % menos de contenido de agua . Los superplastificantes permiten una reducción del contenido de agua del 30 % o más. Estos aditivos se emplean en una proporción de unos pocos porcentajes en peso. Los plastificantes y superplastificantes también retardan el fraguado y el endurecimiento del hormigón. ^{[ 1 ]}

Según su función dispersante y modo de acción, se distinguen dos clases de superplastificantes:

1. Interacciones iónicas (repulsión electrostática): lignosulfonatos (primera generación de reductores de agua antiguos), polímeros sintéticos sulfonados ( naftaleno , o melamina , condensados ​​de formaldehído ) (segunda generación) y;
2. Efectos estéricos : Polímeros sintéticos de policarboxilatos - éter (PCE) con cadenas laterales (tercera generación). ^{[ 2 ]}

Los superplastificantes se utilizan cuando se requieren suspensiones de partículas de cemento bien dispersas para mejorar las características de flujo ( reología ) del hormigón. Su adición permite disminuir la relación agua/cemento del hormigón o mortero sin afectar negativamente la trabajabilidad de la mezcla. Esto posibilita la producción de hormigón autocompactante y hormigón de alto rendimiento. La relación agua/cemento es el factor principal que determina la resistencia y durabilidad del hormigón. Los superplastificantes mejoran notablemente la fluidez y la reología del hormigón fresco. La resistencia del hormigón aumenta cuando disminuye la relación agua/cemento, ya que evitar añadir agua en exceso solo para mantener una mejor trabajabilidad del hormigón fresco resulta en una menor porosidad del hormigón endurecido y, por lo tanto, en una mejor resistencia a la compresión. ^{[ 3 ]}

La adición de SP en el camión durante el transporte es un desarrollo bastante reciente dentro de la industria. Los aditivos añadidos durante el transporte mediante un sistema automatizado de control de asentamiento , ^{[ 4 ]} permiten mantener el asentamiento del hormigón fresco hasta la descarga sin reducir la calidad del hormigón.

Los plastificantes tradicionales son los lignosulfonatos como sus sales de sodio . ^{[ 5 ]} Los superplastificantes son polímeros sintéticos . Los compuestos utilizados como superplastificantes incluyen (1) condensado de naftaleno formaldehído sulfonado, condensado de melamina formaldehído sulfonado, condensado de acetona formaldehído y (2) éteres de policarboxilatos . Los sulfonatos de melamina o naftaleno reticulados , denominados PMS (sulfonato de polimelamina) y PNS (sulfonato de polinaftaleno), respectivamente, son un ejemplo ilustrativo. Se preparan mediante la reticulación de los monómeros sulfonados con formaldehído o mediante la sulfonación del polímero reticulado correspondiente. ^{[ 1 ] [ 6 ]}

Los polímeros utilizados como plastificantes presentan propiedades tensioactivas . Suelen ser ionómeros con grupos cargados negativamente ( sulfonatos , carboxilatos o fosfonatos ...). Actúan como dispersantes para minimizar la segregación de partículas en el hormigón fresco (separación de la lechada de cemento y el agua de los agregados gruesos y finos, como la grava y la arena, respectivamente). La cadena principal del polímero, cargada negativamente, se adsorbe sobre las partículas coloidales cargadas positivamente del cemento sin reaccionar, especialmente sobre la fase mineral de aluminato tricálcico ₍ C₃A ) del cemento.

El melaminulfonato (PMS) y el naftalenosulfonato (PNS) actúan principalmente mediante interacciones electrostáticas con las partículas de cemento, favoreciendo su repulsión electrostática, mientras que los superplastificantes de policarboxilato-éter (PCE) adsorben y recubren los grandes aglomerados de partículas de cemento y, gracias a sus cadenas laterales, favorecen estéricamente la dispersión de los grandes aglomerados de cemento en otros más pequeños. ^{[ 7 ]}

Sin embargo, dado que sus mecanismos de funcionamiento no se comprenden completamente, en ciertos casos pueden observarse incompatibilidades entre el cemento y el superplastificante. ^{[ 8 ]}

• El naftaleno formaldehído sulfonado (SNF), también conocido como condensado de naftaleno sulfonato formaldehído, es un aditivo sintético reductor de agua de alto rango. Pertenece al grupo de productos de policondensación sulfonados y dispersa las partículas de cemento principalmente mediante repulsión electrostática. Según ASTM C494/C494M, los aditivos reductores de agua de alto rango se definen como aditivos capaces de reducir el agua de mezcla necesaria para producir hormigón de una consistencia determinada en un 12 % o más. ACI 212.3R también incluye los productos de policondensación de naftaleno sulfonato entre los aditivos reductores de agua de alto rango comunes, con una reducción de agua generalmente en el rango del 12 al 40 % para esta clase de aditivos. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

• El formaldehído de melamina sulfonado (SMF), también conocido como condensado de formaldehído de sulfonato de melamina, es otro aditivo sintético sulfonado reductor de agua de alto rango. Al igual que el SNF, dispersa las partículas de cemento principalmente mediante repulsión electrostática al aumentar la carga negativa en las superficies de las partículas de cemento. La norma ACI 212.3R incluye los productos de policondensación de sulfonato de melamina como una de las familias químicas comunes utilizadas para aditivos reductores de agua de alto rango. El SMF se ha utilizado ampliamente donde se requiere alta resistencia inicial, buen acabado superficial y aireación controlada, incluyendo hormigón prefabricado, hormigón arquitectónico y morteros de reparación. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

• Los lignosulfonatos son aditivos reductores de agua de primera generación derivados principalmente de subproductos que contienen lignina del proceso de pulpeo con sulfito. Funcionan principalmente dispersando partículas de cemento mediante efectos electrostáticos y generalmente se utilizan como aditivos reductores de agua normales en lugar de reductores de agua de alto rango. La guía de la Asociación del Cemento Portland describe los reductores de agua típicos como reductores del contenido de agua del hormigón en aproximadamente un 5-10%, mientras que los reductores de agua de rango medio suelen proporcionar una reducción de agua de alrededor del 6-12%. Debido a que los lignosulfonatos proporcionan una reducción de agua menor que los superplastificantes sintéticos, se utilizan principalmente en hormigón convencional donde se requiere una reducción de agua moderada, una mejora de la trabajabilidad y una buena relación costo-beneficio. ^{[ 13 ] [ 14 ]}
• El superplastificante de policarboxilato (PCE), también llamado reductor de agua, es un aditivo utilizado en hormigón y morteros. Mejora la fluidez sin aumentar el contenido de agua. Esto permite obtener hormigón y mortero de alta resistencia y alto rendimiento con menores relaciones agua/cemento. El SCE acelera el endurecimiento inicial del hormigón o mortero. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Los superplastificantes se utilizan ampliamente en la producción de hormigón autocompactante (HAC), hormigón de alto rendimiento (HPC), hormigón de ultra alto rendimiento (UHPC) y hormigón prefabricado , donde se requieren bajas relaciones agua/cemento y alta trabajabilidad. Su capacidad para dispersar las partículas de cemento mejora las propiedades reológicas del hormigón fresco, a la vez que permite reducir el contenido de agua de amasado.

En la fabricación de hormigón prefabricado, los superplastificantes facilitan el llenado de los moldes, mejoran el acabado superficial y contribuyen al desarrollo temprano de la resistencia. En aplicaciones de UHPC, promueven la dispersión de polvos ultrafinos como el humo de sílice, lo que permite la producción de mezclas de alta fluidez con una relación agua/aglutinante extremadamente baja. Los superplastificantes también se emplean en el hormigón listo para usar para mantener la trabajabilidad durante el transporte y la colocación.

Los superplastificantes se utilizan cada vez más en la impresión 3D de hormigón , donde el control preciso de las propiedades reológicas es esencial. Ayudan a mejorar la fluidez en condiciones de baja relación agua/aglutinante, al tiempo que cumplen con los requisitos de extrusión y constructibilidad de los materiales cementicios imprimibles. ^{[ 17 ]}

• Agregación de partículas (proceso inverso de)
• Peptización
• Plastificante
• Policarboxilatos
• Reología
• Tensioactivo
• Suspensión (química)

• Aïtcin, Pierre-Claude; Flatt, Robert J. (12 de noviembre de 2015). Ciencia y tecnología de los aditivos para hormigón . Woodhead Publishing. ISBN 978-0-08-100696-2.