Estudio del concreto usando aditivo reductor de agua de alto rango para concretos de mediana a alta resistencia

Abstract

Actualmente, debido a factores como el rápido crecimiento de las ciudades o al constante avance de la tecnología, se requieren estructuras de grandes dimensiones y siendo el concreto armado el material de construcción más usado a nivel global, se necesita que este pueda soportar mayores esfuerzos. Debido a lo anterior, se diseñan estructuras de concreto que cada vez cuentan con una mayor cantidad de acero, debiendo de usarse mezclas de concreto que sean fluidas sin que esto disminuya su resistencia tras el fraguado. En la búsqueda de obtener mezclas de concreto fluidas que alcancen altas resistencias, se desarrollaron los aditivos plastificantes. Sin embargo, con el paso del tiempo, estos vienen siendo mejorados, cambiando sus componentes. Se han desarrollado investigaciones acerca del uso de estos aditivos, pero debido a que estos se vienen modificando, se deben realizar periódicamente investigaciones acerca de su efecto en el concreto. La última generación de estos aditivos fue denominada como “superplastificantes reductores de alto rango”, y está conformado por policarboxilatos. Si bien se han realizado algunas investigaciones acerca del aditivo superplastificante de última generación (reductor de agua de alto rango), la mayoría se enfocó en estudiar el asentamiento y la resistencia a compresión. Por tanto, la investigación tuvo como objetivo conocer los efectos que genera la incorporación de aditivo reductor de agua de alto rango en diversas propiedades del concreto de mediana a alta resistencia en su estado fresco (asentamiento, peso unitario, fluidez, contenido de aire, exudación y tiempo de fraguado) y en su estado endurecido (resistencia a tracción y resistencia a compresión). Todos los ensayos fueron realizados en el Laboratorio de Ensayo de Materiales (LEM) de la Universidad Nacional de Ingeniería. La investigación que se realizó fue de tipo experimental, de nivel comparativo y se desarrolló bajo un método inductivo. En la presente investigación se usó agregado fino de la cantera Trapiche y agregado grueso de la cantera UNICON. Previo a la producción del concreto se realizaron ensayos a los agregados fino, grueso y en conjunto (agregado global) para encontrar la proporción óptima entre estos. Tras lo cual, se realizaron ensayos al concreto en estado fresco y endurecido, se trabajó con 12 diseños de mezcla (3 de concreto patrón y 9 con aditivo); estos diseños se realizaron buscando un asentamiento de 6” a 7”. Se usaron relaciones agua/cemento de 0.45, 0.50, 0.55; y luego para cada relación agua/cemento del concreto patrón se usó las dosificaciones de aditivo en 0.85%, 1.00% y 1.25% del peso de cemento. Se concluyó que, con la incorporación del aditivo reductor de alto rango, el efecto en las propiedades del concreto en estado fresco fueron: el peso unitario aumentó ligeramente; la fluidez aumentó, pero para una dosis de 1.25% disminuyó, por lo que habría un punto en el que a mayor dosificación, la fluidez dejaría de aumentar; el contenido de aire aumentó, pero este aumento no tuvo un impacto significativo en la resistencia a compresión; la exudación aumentó en promedio un 90%, lo cual podría ayudar a disminuir el fisuramiento de algunos elementos de concreto; y el tiempo de fragua tanto inicial como final aumentaron en promedio un 20%, lo cual sería beneficioso para estructuras en climas cálidos. También se concluyó que, con la incorporación del aditivo reductor de alto rango, el efecto en las propiedades del concreto en estado endurecido fue: la resistencia a compresión aumentó, para la relación agua/cemento de 0.45 se obtuvo una resistencia a 28 días de 335.85 kg/cm2 para el concreto patrón y con aditivo fue de 703.46 kg/cm2 que representa un aumento del 109%; y la resistencia a tracción también aumentó, para la relación agua/cemento de 0.45 se obtuvo una resistencia a 28 días de 36.76 kg/cm2 para el concreto patrón y con aditivo fue de 58.79 kg/cm2 que representa un aumento del 60%. El incremento de ambas resistencias supera ampliamente al producido por aditivos plastificantes de generaciones anteriores, valores que son presentados dentro de la sección de antecedentes.

Currently, due to factors such as the rapid growth of cities or the constant advancement of technology, large structures are required and since reinforced concrete is the most used construction material globally, it needs to be able to withstand greater stresses. Due to the above, concrete structures are designed that increasingly have a greater amount of steel, and concrete mixtures that are fluid must be used without this reducing their resistance after setting. In the search to obtain fluid concrete mixtures that achieve high resistance, plasticizing additives were developed. However, with the passage of time, these are being improved, changing their components. Research has been carried out on the use of these additives, but because they are being modified, research must be carried out periodically on their effect on concrete. The latest generation of these additives was called “high-range reducing superplasticizers” and is made up of polycarboxylates. Although some research has been carried out on the latest generation superplasticizer additive (high-range water reducer), most focused on studying slump and compressive strength. Therefore, the objective of the research was to know the effects generated by the incorporation of a high-range water-reducing additive on various properties of medium- to high-strength concrete in its fresh state (slump, unit weight, fluidity, air content, exudation and setting time) and in its hardened state (tensile strength and compression strength). All tests were carried out in the Materials Testing Laboratory (LEM) of the National University of Engineering. The research carried out was experimental, comparative level and was developed under an inductive method. In the present investigation, fine aggregate from the Trapiche quarry and coarse aggregate from the UNICON quarry were used. Prior to concrete production, tests were carried out on the fine, coarse and aggregate aggregates (global aggregate) to find the optimal proportion between them. After which, tests were carried out on the concrete in a fresh and hardened state, working with 12 mix designs (3 with standard concrete and 9 with additive); These designs were made looking for a settlement of 6” to 7”. Water/cement ratios of 0.45, 0.50, 0.55 were used; and then for each water/cement ratio of the standard concrete, additive dosages of 0.85%, 1.00% and 1.25% of the weight of cement were used. It was concluded that, with the incorporation of the high-range reducing additive, the effect on the properties of the concrete in the fresh state was: the unit weight increased slightly; the fluidity increased, but for a dose of 1.25% it decreased, so there would be a point at which at a higher dosage, the fluidity would stop increasing; the air content increased, but this increase did not have a significant impact on the compressive strength; exudation increased on average by 90%, which could help reduce cracking of some concrete elements; and both initial and final setting time increased on average by 20%, which would be beneficial for structures in warm climates. It was also concluded that, with the incorporation of the high-range reducing additive, the effect on the properties of the concrete in the hardened state was: the compressive strength increased, for the water/cement ratio of 0.45, a 28-day resistance of 335.85 kg/cm2 was obtained for the pattern concrete and with additive was 703.46 kg/cm2, which represents an increase of 109%; and the tensile strength also increased, for the water/cement ratio of 0.45, a 28-day resistance of 36.76 kg/cm2 was obtained for the pattern concrete and with additive it was 58.79 kg/cm2, which represents an increase of 60%. The increase in both resistances far exceeds that produced by plasticizing additives from previous generations, values that are presented in the background section.