Danila Ferraz, GCPAT

1. Nueva Generación de aditivos para Hormigones Fluidos con
diseños convencionales
Danila Ferraz

2.  Motivación para llevar a cabo este estudio
 Objectivo
 Introducción
 Métodos
 Ensayo de Kantro
 Reometria Rotacional
 Calorimetria
 Ensayos en Hormigón
 Resultados
 Resumén
Agenda

3. Desafíos:
- como explorar reometria en la construcción civil?
- cuál es el impacto del uso de aditivo policarboxilato dispersante con
efecto modificador de viscosidad Concera versus policarboxilatos
convencionales, en las propriedades reológicas de la pasta de cemento
Portland y fluidez ?
- impacto de ambos aditivos en la cinética de hidratación de la pasta de
cemento Portland?
- Cual es el impacto de policarboxilatos convencionales PCE y Concera
en el hormigón fluido?
Motivación

4. Evaluar el efecto del aditivo base PCE convencional versus PCE
con características de modificador de viscosidad (Concera), en las
propiedades reológicas de la pasta de materiales cementantes,
flujo de calor de hidratación y hormigón fluido.
Objectivo

5. El cemento reacciona con água al largo del tiempo
Ilustración de la hidratación del cemento
Cementos diferentes, reaccionan de
forma diferente, y tienen interacción
con los aditivos para hormigón.
Introducción

6. El Cemento es el ligante para los Agregados
• La cantidad de pasta de cemento + água hace
la unión de los agregados, la cantidad necesaria
de esa pasta es mayor que el volumen de
vacíos.
• Esta es una condición para la fluidez del
hormigón en la obra.
Introducción

7. Factores que afectan la reología del hormigón
• Tenores reducidos de pasta llevan a un predominio
de los contacto de alta fricción entre agregados,
reduciendo la propiedad de consistencia.
• A medida que se eleva el tenor de pasta, la
suspensión escurre con mayor facilidad,
disminuyendo los contactos entre los agregados y
la propiedad de consistencia pasa a ser gobernada
por la viscosidad de la pasta.
La presencia en exceso de pasta, puede hasta disminuir la consistencia, ya que la
cantidad de agua disponible para el alejamiento de las partículas en el sistema , se
reduce con el aumento del área superficial volumétrica de la composición.

8. Factores que afectan la reología del hormigón
Introducción

9. Las partículas de cemento tienen la natural tendencia a aglomerarse cuando se
mezclan con el agua debido a su polaridad y de la fuerza de atracción de Van Der Waals
entre estas partículas, resultantes desde el proceso de molienda del cemento.
Por eso el agua queda atrapada entre las partículas y reduce la fluidez del hormigón.
Partícula de cemento aglomerada
Introducción

10. Para dispersar las partículas de cemento, diferentes tipos de agentes químicos son
utilizados.
ROMANO,R.C.O; CARDOSO,F.A.;PILEGGI,R.G;Propriedades do concreto no estado fresco, Livro do
Ibracon Concreto: Ciência e Tecnologia, São Paulo,2011.
Introducción

11. • Los agregados ocupan la mayor parte del
volumen en la mezcla del concreto.
• El tamaño de la partícula, contenido de
arcilla, forma y textura influencian en la
cantidad de agua en el concreto.
• Entonces, así como los otros materiales, los
agregados también tienen efecto en el agua
necesaria para la reología del concreto.
Mas de 80% de la composición del hormigón son los agregados

12. Aditivos para hormigón GCP¿Qué son?
Productos químicos, en forma líquida (la mayoría de las veces), desarrollados y producidos por
GCP, que son utilizados de forma intencional para optimizar las propiedades del concreto, tales
como:
La dosificación varía de acuerdo con la propiedad deseada, generalmente de
0,2% a 1,2%, pudiendo ser mayores.
 Aumentan la fluidez del hormigón
 Permiten la reducción de agua del sistema
 Aumentan las resistencias finales
 Mejoran el bombeo
 Controlan la hidratación
 Aumentan la vida útil del hormigón

13. Los aditivos superplastificantes base policarboxilatos , actúan en la
dispersión de las partículas de cemento por los efectos estéricos, estos
son las principales fuerzas de repulsión ya el Concera, además del
efecto dispersante tienes también en un “monoproducto” el efecto de
modificador de la reología del hormigón.
Esquema de la actuación del dispersante policarboxilato en la partícula de cemento y
policarboxilato modificador de reología en el hormigón
Policarboxilato convencional versus Concera Policarboxilato con efecto
modificador de viscosidad

14. Aglomeración de las partículas
Unidas por atracción electroestática – van der Waals
Afecta las características reológicas
Afecta la formación de la microestructura
Dispersión y Aglomeración

15. Double Layer – Teoria de la Repulsión
-110
0
110
0 100
Distância entre as partículasEnergiainterativaentreaspartículas
V=VR+VA
Energia de
Repulsão (VR)
Energia de
Atração (VA)
VMAX

16. Promueve la dispersión y estabilización de los compuestos cementicios a lo
largo del tiempo.
Aditivos Dispersantes

17. CONCERA : Reductor de agua de alto rango (ASTM C494), es un policarboxilato
con características de modificador de reología, que permite la producción de
hormigón altamente fluido con mínima o ninguna segregación usando diseños de
mezcla convencionales no modificados.
Los hormigones altamente fluidos tienen típicamente valores de Slump-Flow en el
rango de 16-25 "(406 a 635 mm) y pueden requerir un nivel mínimo de
consolidación mecánica pudiendo ser vibración.
CONCERA típicamente es usado como un HRWR independiente y no necesita
ser usado con otros reductores de agua de alto rango o de medio rango, o
puede ser adecuado a cada aplicación.

18. Permite ir de slump a flow solamente con el aumento de la dosificación del aditivo,
sin presentar segregación o exudación.
CONCERA presenta muchas propiedades deseables a un hormigón altamente fluido
incluyendo la resistencia a la segregación, estabilidad, mejor bombeo, proyección y
moldeado.
Mejor tolerancia a las variaciones de humedad de los agregados y vida útil del
hormigón prolongada, permitiendo el uso de agregados angulares.

19. PCE Convencional Concera

20. La reología es una ciencia que estudia el flujo y la deformación de los
materiales.
Figura 1: Reómetro utilizado para la caracterización reológica de las pastas
cementicias Anton-Paar, modelo MCR302 (i). ii. ilustración de la geometría de placa
paralela – cross hatched, iii. indicación de la adición de la pasta y, iv. muestra lista
para inicio del test.

21. Evaluación de la distribución del tamaño promedio de partículas fue realizada
en el equipo Malvern Mastersizer 2000E , técnica de medición del tamaño
promedio de las partículas funciona a través de la medición de la luz fija (rayo láser
He-Ne) que pasa por las partículas.
Distribución del tamaño promedio de partículas del cemento CP V ARI RS
Metodos
PSD

22. FRX DRX
Determinaciones, % CP V ARI RS Determinaciones, % CP V ARI RS
Anhídrido silícico (SiO₂) 19,32 Alita 55,8
Óxido de aluminio (Al₂O₃) 5,36 Belita 8,3
Óxido férrico (Fe₂O₃) 2,36 Brownmilerita 5,2
Óxido de calcio (CaO) 59,86 C3A cúbico 2,4
Óxido de magnesio (MgO) 3,45 C3A ortorrômbico 5,4
Anhídrido sulfúrico (SO₃) 4,17 Periclásio 2,4
Óxido de sodio (Na₂O) 0,43 Portlandita 1,1
Óxido de potasio (K₂O) 0,88 Yeso
Óxido de titanio (TiO₂) 0,25 Calcita 9,9
Óxido de fósforo (P₂O₅) 0,14 Gibsita 0,6
Óxido de magnesio (Mn₂O₃) 0,18 Hemhidrato 5,3
Óxido de estroncio (SrO) 0,13 Anhidrita 0,3
Óxido de cromo (Cr₂O₃) ˂0,01 Arcanita 0,7
Óxido de zinc (ZnO) 0,03 Cuarzo 0
Óxido de bario (BaO) 0,07 Aftitalita 0,8
Pérdida al fuego (PF) 3,91 Albita
TOTAL 99,55 Singenita 1,7
ISO/FDIS 29581-2:2009 (E) "Cement – Test Methods – Part 2:
Chemical analysis by X-ray fluorescence".
Equipo Panalytical Axios, largo de onda de FRX dispersivo.
Las muestras fueron fundidas con una relación 50/50 en
masa de tetraborato de litio (Li2B4O7) y metaborato de litio
(LiBO2).
Equipo Panalytical MPD Pro con detector X'Celerator.
Las medidas fueron realizadas con paso de 0,013°,
permaneciendo en cada paso por 60 segundos, en un
intervalo de 4°< 2 Φ < 65°.
Metodos FRX y DRX

23. Mezcla de la pasta
Cemento
Água +
aditivo
Mezcla
(1 min.)
Flow
(Kantro)
Reometria
Rotacional
Calorimetria

24. Reometría Rotacional (Optimización de la Dosificación del Agente
Dispersante)
 Determinación de los parámetros reológicos y el tipo de comportamiento bajo
demanda de flujo.
 Tasa de cizallamiento: Mantenida constante durante 10 s en cada paso
 El esfuerzo de cizalla y la viscosidad en función de la velocidad se midieron a
partir de la media de los últimos 5 segundos
Geometria diámetro de 25 mm (PP25 / P2) de placa paralela de acero inoxidable,
para garantizar el cizallamiento sin deslizamiento de la muestra durante las
pruebas
Stepped Flow Test
Plato Cross Hatched
Metodos
Esquema del ensayo en reometría rotacional.

25. Micro-calorímetro TAMAIR para ensayos de calorimetría isotérmica.
Metodos
Calorimetria – Flujo de Calor

26. 0
50
100
150
200
250
0,1 0,2 0,3 0,35 0,4
Flow(mm)
Dosis (%)
Flow - Cono de Kantro
PCE convencional
Concera
Evaluación del asentamiento de ambos aditivos por el ensayo de cono de
Kantro
Resultados
Asentamiento – Cono de Kantro

27. Reometria Rotacional
Resultados
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
TensiondeFluencia(Pa)
Dosis de aditivo(%)
Concera PCE convencional
0,0
0,5
1,0
1,5
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
ViscosidadApariente(Pa.s)
Dosis de aditivo (%)
Concera PCE convencional

28. Reometria Rotacional
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50
ShearStress[Pa]
Shear Rate [1/s]
Shear Stress vs Shear Rate para baja dosis
PCE convencional @ 0,10%
Concera @ 0,10%
0
1
2
3
4
5
0 10 20 30 40 50
ShearStress[Pa]
Shear Rate [1/s]
Shear Stress vs Shear Rate para alta dosis
PCE convencional @ 0,40%
Concera @ 0,40%

29. Calorimetria – Flujo de Calor y Calor acumulado
Resultados
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
W/kg
Time (Hours)
0,2% PCE convencional 0,4% PCE convencional
0,2% Concera 0,4% Concera
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30 35 40
J/g
Time (Hours)
0,2% PCE convencional 0,4% PCE convencional
0,2% Concera 0,4% Concera

30. El ensayo de asentamiento fue realizado con el cono invertido y los dos ensayos,
alcanzaron un asentamiento de 700 mm, sin embargo la muestra PCE presentó
segregación y exudación significativa con valores considerables; de acuerdo con la
normativa C1712-14 “Visual Segregation Index”, el valor presentado por la muestra
PCE fue de VSI = 3, o sea, nivel mas alto de segregación, mientras que el aditivo
Concera presentó VSI=0, o sea, ninguna segregación/exudación
Resultados
Ensayo de Hormigón
a) Ensayo en concreto con aditivo PCE y b) Ensayo en concreto con el aditivo Concera.
a) b)

31. ASTM C1712-14 “Visual Segregation Index”

32. Convencional
Materiales
Policarboxilato
convencional
Policarboxilato
modificador de
viscosidad
Cemento (Kg/m3) 348 295
Arena natural fina
(Kg/m3) 479 423
Arena artificial (Kg/m3) 479 423
Grava 0 (Kg/m3) 871 1013
Agua (Kg/m3) 175 183
Relación
agua/cemento 0,50 0,62
Contenido de mortero
(%) 60 53
Diseño de mezcla para pruebas con policarboxilato convencional y
policarboxilato modificador de viscosidad Concera .
Metodos
Diseño de la mezcla de hormigónResultados de Compresión
9,2
15,3
25,5
30,5
6,5
11,5
19,3
26,8
0
5
10
15
20
25
30
35
12 horas 1 dia 7 dias 28 dias
Resistenciaacompresión(MPa)
Edad (Dias)
PCE convencional
Concera
Target
3Mpa
Target
25Mpa

33.  A través de los resultados presentados a partir del ensayo de cono de Kantro, fue
posible verificar que el aditivo con base policarboxilato convencional PCE
presenta una mayor tendencia a la exudación en las mayores dosificaciones
estudiadas, mientras que el aditivo con base policarboxilato modificador de
viscosidad Concera aún en las dosificaciones más altas, no presentó tendencia a
la exudación.
 Los resultados de viscosidad también indicaron que el Concera en las mismas
dosificaciones que el PCE presentó mayor viscosidad aparente, mientras que en el
ensayo de tensión de fluencia, empezaron iguales en la dosificación más baja pero
fueron aumentando con el incremento de la dosis del aditivo.
 Estos valores sirven de parámetros para el desarrollo de la mezcla de hormigón
para muros y hormigones fluidos con diseños convencionales, estos datos
comparativos indican que el aditivo PCE aunque necesite de una dosificación
menor para la misma tensión de fluencia en las dosificaciones altas, no permite el
uso en la práctica de tales dosificaciones por presentar exudación y segregación,
mientras que el aditivo Concera aún en dosificaciones más altas reduce
significativamente la exudación, hecho evidenciado en los ensayos en hormigón,
donde aun reduciendo la cantidad de finos en la mezcla, no presentó exudación ni
segregación y el desarrollo de resistencias tanto en las edades finales como
iniciales, cumplen con los requisitos para hormigones de muros.
Conclusiones
 Los valores presentados en los estudios de calorimetría isotérmica, revelan que
ambos aditivos presentan el mismo perfil de flujo de calor y calor acumulado, lo que
indica en la práctica que ninguno de los aditivos presenta retardo de fraguado,
siendo el Concera el aditivo que mejor se aplica para muros de hormigón por
presentar menor tendencia de exudación.

34. Danila Ferraz
R&D Specialist
Latin América
Brazil
T +55 15 3235 1332 M +55 15 99760 4883
www.gcpat.com

35. [1]Ferraz, D.F. Aditivos reductores de agua para concreto premezclado, Mexico.2016
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Referencias