Aditivos para Hormigón: Modificación y Mejora de Propiedades

Los aditivos son sustancias que se incorporan al hormigón antes o durante el amasado para modificar sus propiedades en estado fresco o endurecido.

Aditivos que Mejoran la Reología en Estado Fresco

Función Principal: Mejorar la trabajabilidad del hormigón, permitiendo colocar en obra masas que, de otra forma, sería muy difícil de manejar.

Plastificantes

Son sólidos pulverulentos e insolubles en agua (como kieselgur, tierras de diatomeas, cenizas volantes, etc.) que favorecen la puesta en obra. Actúan por procesos físicos al aumentar la cantidad de finos en la mezcla, pero exigen más agua. Generalmente, no mejoran las resistencias mecánicas (excepto en el caso de las cenizas volantes), pero sí mejoran la impermeabilidad.

Reductores de Agua (Fluidificantes)

Dosificación: 0,1 % a 0,5 % del peso del cemento.

Funciones principales:

• Como reductores de agua: Permiten reducir la cantidad de agua necesaria para una trabajabilidad determinada.
• Como fluidificantes: Aumentan la trabajabilidad manteniendo la misma cantidad de agua.

Generalmente son productos orgánicos de molécula larga que actúan por procesos fisicoquímicos. La fluidificación se obtiene en parte por la formación de pequeñas burbujas de aire. Su uso conlleva una menor exudación y segregación durante el transporte y la puesta en obra.

Superplastificantes (Superfluidificantes)

Dosificación: 0,5 % a 3 % del peso del cemento.

Son reductores de agua de alta actividad con tres funciones principales:

• Aumentar significativamente la trabajabilidad para la misma relación agua/cemento (a/c).
• Producir una reducción considerable de la relación a/c para una misma trabajabilidad.
• Lograr una combinación de ambas funciones simultáneamente.

No deben producir fenómenos acusados de exudación ni segregación de finos. Se recomienda su uso con dosificaciones de cemento superiores a 300 kg/m³. Sus efectos son más enérgicos que los de los fluidificantes convencionales. Pueden retrasar el fraguado y el endurecimiento. Permiten una reducción de hasta un 30 % del agua de amasado, lo que posibilita la fabricación de “hormigones fluidos”. Al reducir la cantidad de agua, mejoran las resistencias, dando lugar a hormigones de altas prestaciones.

Mecanismos de actuación:

• Permiten conseguir conos de Abrams de hasta 23 cm.
• Dispersan los granos de cemento en el agua.
• Reducen la tensión superficial del agua.
• Aumentan la velocidad de hidratación de los granos de cemento.

Otros Modificadores de Fraguado

• Yeso: Actúa como retardador del fraguado.
• Cloruro de Calcio (CaCl₂): Actúa como acelerador del fraguado. Importante: solo debe usarse en hormigones en masa, NUNCA en hormigón armado o pretensado por el riesgo de corrosión de las armaduras.

Aditivos que Modifican el Fraguado y/o Endurecimiento

Función Principal: Modificar el tiempo de fraguado y/o la velocidad de endurecimiento, ya sea acelerándolo, retardándolo o incluso impidiéndolo.

Aceleradores de Fraguado

Función Principal: Reducir o adelantar el tiempo de fraguado del cemento (tanto el inicio como el final). Favorecen la solubilidad de los componentes del cemento. Los productos más usados son el cloruro de calcio (CaCl₂), cloruro de sodio (NaCl), cloruro de aluminio, cloruro de hierro, bases alcalinas, carbonato de sodio (Na₂CO₃) o aluminato sódico. Se dosifican entre el 2-5 % del peso del cemento.

Se recomienda su uso para:

• Reducir los tiempos de desencofrado.
• Hormigonado en tiempo frío.
• Ejecución de trabajos rápidos.
• El taponamiento de vías de agua.
• Trabajos submarinos.

Nota: Estas recomendaciones aplican principalmente al cemento Portland. Para otros tipos de cemento, es necesario un estudio específico.

Retardadores de Fraguado

Su función es retrasar el tiempo de fraguado del cemento, aumentando así el tiempo de trabajabilidad de la mezcla. Tanto los retardadores como los aceleradores son solubles en agua y modifican la solubilidad de los distintos constituyentes del cemento, influyendo fundamentalmente en su velocidad de disolución. Los retardadores suelen ser sustancias orgánicas (hidratos de carbono, glucosa, sacarosa, almidón, glicerina, celulosa) o compuestos inorgánicos solubles.

Aceleradores de Endurecimiento

Función Principal: Acelerar el desarrollo de las resistencias mecánicas iniciales para alcanzar la resistencia de diseño en un plazo más corto. Pueden producir un mínimo acortamiento del tiempo de fraguado, pero también pueden conllevar efectos secundarios como una disminución de las resistencias finales (aunque puede ser temporal) y un aumento de la retracción.

Inhibidores

Impiden por completo el fraguado del cemento. Se utilizan en situaciones de emergencia para evitar el endurecimiento del hormigón. Por ejemplo, en caso de avería de un camión hormigonera. Algunos ejemplos son los azúcares y los compuestos cálcicos solubles.

Aditivos que Modifican el Contenido de Aire o Gases

Inclusores de Aire (Aireantes)

Función Principal: Producir un número elevado de finas burbujas de aire (microburbujas), esféricas, separadas y repartidas uniformemente, que permanecen en la masa de hormigón durante su endurecimiento.

Todo hormigón contiene huecos de forma natural, pero estos no mejoran su calidad. Los huecos producidos por estos aditivos son de forma redonda, con diámetros entre 10 y 500 µm, siendo los tamaños inferiores a 100 µm los más importantes para la durabilidad. Lo relevante no es solo el porcentaje de aire ocluido (típicamente del 2,5 % al 5 %), sino su tamaño y distribución. Las burbujas mayores de 250 µm ofrecen menor eficacia en la mejora de la resistencia a los ciclos de hielo-deshielo. Además, facilitan la puesta en obra y disminuyen la exudación.

Generadores de Gas

Función Principal: Producir un gas por reacción química que provoca una pequeña expansión en la masa, lo que ayuda a compensar la retracción posterior. El polvo de aluminio, por ejemplo, provoca la aparición de burbujas de gran tamaño. Se utilizan para la fabricación de morteros y hormigones de gran ligereza.

Generadores de Espuma (Espumantes)

Función Principal: Producir, por medios mecánicos, una espuma estable formada por burbujas de aire que se dispersa en el agua de amasado. Modifican la tensión superficial del agua, produciendo una espuma estable que confiere al hormigón una estructura alveolar. Se emplean en la fabricación de morteros y hormigones ligeros para aislamiento térmico.

Preparación y Puesta en Obra del Hormigón

El proceso de preparación del hormigón abarca desde el amasado y la colocación hasta técnicas especializadas como el hormigonado bajo el agua o por inyección, culminando con su correcta consolidación y curado.

Consolidación del Hormigón

La compactación es un proceso crucial que persigue eliminar los huecos de aire atrapados en la masa, obtener un perfecto cerrado de la misma y evitar la segregación de sus componentes. El proceso se considera finalizado cuando la pasta de cemento refluya a la superficie. La resistencia a compresión del hormigón depende directamente de una buena compactación. Las zonas más difíciles de consolidar son aquellas con obstáculos, como el fondo y los paramentos de los encofrados o zonas con alta densidad de armadura.

Métodos de Compactación

Picado con Barra

Se realiza con una barra de 16 mm de diámetro con terminación redondeada, que se introduce repetidas veces de manera que atraviese la capa a consolidar y penetre en la inferior. Se emplea en hormigones de consistencia blanda y fluida y en obras de poca importancia. Es recomendable para zonas muy armadas donde no se puede emplear una masa seca.

Compactación por Apisonado

Consiste en el golpeteo repetido con un pisón. Las tongadas deben ser de poco espesor (unos 20 cm) y el hormigón debe tener una consistencia plástica o blanda. Actualmente, una variante de este método es la compactación con rodillos vibrantes, utilizada en firmes de carreteras y capas de base con hormigones de consistencia seca (Hormigón Compactado con Rodillo – HCR).

Vibrado

Es el método más exigido en la actualidad, ya que permite el uso de hormigones con menos agua, mejorando sus prestaciones. Mediante el vibrado, se vencen las fuerzas de cohesión interna del hormigón, transformando temporalmente el material en un fluido que se adapta perfectamente a las formas de los moldes. Estas fuerzas son mayores cuanto más seco es el hormigón. El vibrado no solo cierra y aprieta los áridos entre sí, sino que también reparte más uniformemente el agua. Está especialmente indicado para hormigón armado, al permitir una mejor calidad y un desencofrado más rápido. El contenido de aire ocluido antes de vibrar puede ser del 15-20 %, mientras que después del vibrado se reduce a un 2-3 %.

Tipos de Vibradores

• Vibradores internos o de aguja: Ideales para hormigones plásticos en grandes masas, cimentaciones y estructuras.
• Vibradores de superficie (Reglas y plataformas vibrantes): Utilizados en pavimentación y losas, para espesores de capa terminada ≤ 20 cm.
• Vibradores externos o de encofrado: Se acoplan a los encofrados y son de uso común en la prefabricación con hormigones secos.

Técnicas Especiales de Consolidación

Revibración

Es una técnica que permite mejorar la resistencia a compresión de los hormigones en una cuantía de hasta un 15 % a los 28 días. Consiste en volver a vibrar el hormigón al cabo de 2 a 4 horas de su puesta en obra. La mejora es mayor en hormigones propensos a exudar y también mejora la adherencia a las armaduras.

Centrifugación

Técnica empleada en la construcción de tubos y otras piezas de revolución. Se hace girar un molde alrededor de su eje a la vez que se introduce el hormigón que, por la fuerza centrífuga, se reparte y compacta contra las paredes del molde. Con este método se consiguen hormigones muy compactos y de alta calidad.

Curado del Hormigón

El curado tiene por finalidad impedir la pérdida prematura de agua y controlar la temperatura del hormigón durante el proceso inicial de hidratación de los componentes del cemento.

Para conseguir una buena hidratación, es necesario que el hormigón esté saturado de agua o, como mínimo, al 80 % de su saturación. Por debajo de este valor, la hidratación se ralentiza considerablemente. En la velocidad de adquisición de resistencia no solo influye la humedad, sino también la temperatura a la que está sometido, ya que, como cualquier reacción química, la hidratación del cemento está afectada por la temperatura.

Tipos de Curado

Curado Ordinario

Es aquel en el que se busca que el hormigón experimente una evolución normal en la ganancia de resistencia. Para ello, se protege de dos factores principales:

• Protección frente a bajas temperaturas: Para evitar la detención de la hidratación.
• Evitar la desecación prematura: Para garantizar que haya suficiente agua para la reacción y prevenir la fisuración por retracción plástica.

Definiciones Clave de Resistencia del Hormigón

Resistencia de proyecto (f_ck)

También llamada resistencia característica especificada, es el valor de la resistencia a compresión que se adopta en el proyecto como base para los cálculos estructurales. Este valor está asociado a un nivel de confianza del 95 %.

Resistencia característica real (f_{c real})

Es el valor que corresponde al cuantil del 5 % (o percentil 5) de la distribución estadística de la resistencia a compresión de todo el hormigón colocado en una obra, considerando los valores de todas las amasadas.

Resistencia característica estimada

Es el valor que estima o cuantifica la resistencia característica real de la obra a partir de un número concreto de ensayos sobre probetas tomadas en dicha obra, dada la imposibilidad práctica de ensayar todas las amasadas. Abreviadamente, se puede denominar simplemente resistencia característica.