El reductor de agua es un componente indispensable en la preparación moderna del hormigón. Se utiliza principalmente para:
- Reduce el consumo de agua manteniendo el contenido de cemento y la fluidez del hormigón, lo que aumenta su resistencia.
- Aumentar la fluidez sin modificar el contenido de cemento y agua.
En este artículo se va a presentar la diferencia entre el Superplastificantes de policarboxilato.
Reductores de agua tradicionales y sus limitaciones
El desarrollo de los reductores de agua ha pasado por tres etapas principales:
1. Reductores de agua ordinarios
La primera generación de reductores de agua, reductores de agua ordinarios como el resinato sódico, el lignosulfonato cálcico y el lignosulfonato sódico, surgió en la década de 1930, pero tenían tasas de reducción de agua bajas (generalmente inferiores a 12%).
2. Reductores de agua de alta eficiencia
A medida que aumentaba la demanda de mayores índices de reducción de agua, en la década de 1960 se desarrolló con éxito la segunda generación de reductores de agua de alta eficacia, como los basados en naftaleno y melamina. Estos reductores ofrecían mayores índices de reducción de agua (14%-25%) y mejoraban la resistencia, pero no conseguían mantener el asentamiento del hormigón recién mezclado.
3. Reductores de agua de alto rendimiento
Para hacer frente a esta limitación, a mediados de la década de 1980 se desarrolló la tercera generación, representada por los superplastificantes de policarboxilato. Los reductores de agua de alto rendimiento presentan altos índices de reducción de agua, una excelente retención del asentamiento, un aumento superior de la resistencia y una baja contracción. Además, debido a sus estructuras moleculares altamente diseñables, su funcionalidad puede adaptarse modificando las estructuras moleculares o introduciendo nuevos grupos funcionales.
¿Qué es un superplastificante de policarboxilato?
Superplastificante de policarboxilato es un aditivo innovador sintetizado mediante la copolimerización de monómeros insaturados bajo la acción de iniciadores, injertando cadenas laterales con grupos activos en la espina dorsal del polímero. El resultado es un producto que ofrece alta eficacia, pérdida de asentamiento controlada, resistencia a la contracción y ningún efecto adverso sobre el fraguado y endurecimiento del cemento. Los reductores de agua de alto rendimiento basados en policarboxilatos son fundamentalmente diferentes de los reductores de agua de formaldehído de sulfonato de naftaleno (NSF) y de formaldehído de sulfonato de melamina (MSF). Incluso a dosis bajas, confieren una gran fluidez al mortero y al hormigón, así como una baja viscosidad, y mantienen el asentamiento a bajas relaciones agua-cemento. Presentan una compatibilidad relativamente mejor con diversos tipos de cemento y son materiales indispensables para hormigones de alta resistencia y fluidez.
Diferencias entre el superplastificante tradicional y el de policarboxilato
| Superplastificante tradicional | Superplastificante de policarboxilato | |
|---|---|---|
| Mecanismo de dispersión | Repulsión electrostática | Repulsión electrostática y efectos estéricos |
| Tasa de reducción de agua | 15-25% | hasta 40% |
| Preservación de lodos | en 30-60 minutos | hasta 2 horas |
| Impacto medioambiental | Contienen formaldehído y otras sustancias químicas | Sin formaldehído |
| Compatibilidad | Problemas de incompatibilidad | Altamente compatible con diversos aditivos |
En resumen, en comparación con los reductores de agua tradicionales, el superplastificante de policarboxilato ofrece las siguientes ventajas:
- Alto índice de reducción de agua: Las tasas de reducción de agua pueden alcanzar 25-40%.
- Alto índice de crecimiento de la fuerza: Aumento significativo de la resistencia, especialmente en las primeras fases de desarrollo de la resistencia.
- Excelente retención del asentamiento: La excepcional retención del asentamiento garantiza una pérdida mínima de asentamiento con el paso del tiempo.
- Homogeneidad superior: Imparte una excelente fluidez al hormigón, facilitando el vertido y la compactación, adecuado para hormigón autonivelante y autocompactante.
- Producción controlable: Los ajustes en el peso molecular del polímero, la longitud de la cadena lateral, la densidad y el tipo de grupos de cadena lateral permiten adaptar los índices de reducción de agua, la retención de asentamiento y las propiedades de retención de aire.
- Amplia compatibilidad: Exhibe buena dispersabilidad y retención de asentamiento con varios tipos de cemento, incluyendo cemento Portland ordinario, cemento de escoria y cemento mezclado.
- Baja contracción: Mejora la estabilidad del volumen, reduciendo la contracción a 28 días en aproximadamente 20% en comparación con los reductores de agua a base de naftaleno, mitigando así los riesgos de agrietamiento.
- Respetuoso con el medio ambiente: No tóxico, no corrosivo y libre de formaldehído y otros componentes nocivos.
Explicación adicional
Reductores de agua de alto rendimiento a base de policarboxilatos se diseñan basándose en principios de estructura molecular, utilizando la teoría de repulsión de carga DLVO y la teoría del impedimento estérico. Los grupos activos con diferentes funcionalidades se injertan en la cadena principal, formando el polímero. La cadena principal de la molécula de policarboxilato se adsorbe firmemente en la superficie de las partículas de cemento, dificultando eficazmente la hidratación y mejorando la retención del asentamiento, mientras que las cadenas laterales rodean las partículas de cemento, proporcionando tanto impedimento estérico como repulsión electrostática. Este mecanismo, distinto de la repulsión electrostática utilizada por los reductores de agua tradicionales para dispersar las partículas de cemento, da como resultado una dispersabilidad y una reducción de agua superiores, elevando en última instancia el rendimiento global de los productos de mortero y hormigón.
Los reductores de agua a base de policarboxilatos se sintetizan mediante polimerización de radicales libres en solución acuosa, contienen un mínimo de iones cloruro y sólo requieren una pequeña cantidad de álcali para su neutralización, lo que da lugar a un contenido muy bajo de álcali. En cambio, el contenido de álcali de los reductores de agua a base de naftaleno varía significativamente debido a las diferencias en los procesos de sulfonación.
El álcali es un factor primario en las reacciones álcali-agregado (AAR), que han causado numerosos casos de deterioro del hormigón en todo el mundo. Los álcalis en el hormigón proceden principalmente del cemento, las cenizas volantes, los reductores de agua y otras materias primas. En todo el mundo se hace mucho hincapié en controlar el contenido de álcali. Por ejemplo:
- Sudáfrica exige un contenido máximo de álcali total de 2,1 kg/m³.
- El proyecto chino de las Tres Gargantas lo limita a 2,5 kg/m³.
- Estados Unidos lo limita a 3,3 kg/m³.
Como uno de los cinco componentes esenciales del hormigón, el contenido alcalino de los reductores de agua, en particular el Na2SO4, influye directamente en el contenido alcalino total del hormigón. Debido a los procesos de producción que implican la sulfonación con ácido sulfúrico concentrado y la neutralización con hidróxido de sodio, algunos reductores de agua basados en naftaleno contienen niveles de Na2SO4 tan altos como 30%, con la mayoría en torno a 10% y un contenido de iones cloruro generalmente superior a 0,3% o superior. Por el contrario, los reductores de agua a base de policarboxilato se sintetizan mediante polimerización en solución acuosa sin sulfonación, por lo que sólo requieren un mínimo de hidróxido de sodio para ajustar el pH, lo que resulta en un contenido insignificante de iones alcalinos y cloruro. Esto mejora significativamente la durabilidad del mortero y el hormigón y convierte a los reductores de agua basados en policarboxilatos en componentes esenciales para producir hormigón ecológico de alto rendimiento.
