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Evolución de los aditivos reductores de agua en la prefabricación. Mecanismos de actuación

ANDECE
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El documento describe la evolución de los aditivos reductores de agua en la prefabricación de hormigón. Comenzó con los superplastificantes de primera y segunda generación a base de naftalenos y melaminas en los años 30 y 60, que actuaban mediante repulsión electrostática. En los años 90 surgieron los de tercera generación como los policarboxilatos y poliéteres acrílicos, que además de la repulsión electrostática utilizan efectos estéricos de sus cadenas laterales para mejorar la dispersión de las part

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Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón
EVOLUCIÓN DE
LOS ADITIVOS
REDUCTORES DE
AGUA EN LA
PREFABRICACIÓN
. MECANISMOS
DE ACTUACIÓN
José Antonio Rodríguez
López
Madrid, 21 de noviembre de 2023
§ Las materias primas típicas más comunes son:
ØCondensados de formaldehido-b-naftalensulfonato (BNS) (comúnmente,
naftalenos)
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melaminas)
§ Polímeros de síntesis à Diseñados a partir de secuencias repetitivas de monómeros
elementales.
§ Síntesis química especializada à Producto de propiedades constantes y perfectamente
conocidas
§ Hoy en día son poco empleados por la versatilidad de los superplastificantes de 3ª
generación.
ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES TRADICIONALES
1ª y 2ª Generación
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HISTORIA DE LOS SUPERPLASTIFICANTES
1936
Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón
SO3Na
CH2
Polímero de condensación
entre ácido naftalenosulfónico
y formaldehído
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(naftaleno)
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US Pat. N. 2,052,586 Sept. 1, 1936 G. Tucker (GRACE)
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LIGNOSULFONATO
LGS LS
US Pat. N. 2,141,570 Dec. 27, 1938 Jacob G. Mark
Modificación química
(sulfonación) de
lignina natural
C C C
O
OH H OH
HO OCH3
H H
SO3Na
C C C
O
OH H OH
HO OCH3
H H
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C C C
O
OH
H
OH
HO OCH3
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OH OH
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Evolución de los aditivos reductores de agua en la prefabricación. Mecanismos de actuación

  • 1. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón EVOLUCIÓN DE LOS ADITIVOS REDUCTORES DE AGUA EN LA PREFABRICACIÓN . MECANISMOS DE ACTUACIÓN José Antonio Rodríguez López Madrid, 21 de noviembre de 2023
  • 2. § Las materias primas típicas más comunes son: ØCondensados de formaldehido-b-naftalensulfonato (BNS) (comúnmente, naftalenos) ØCondensados de formaldehido-melamina sulfonada (MNS) (comúnmente, melaminas) § Polímeros de síntesis à Diseñados a partir de secuencias repetitivas de monómeros elementales. § Síntesis química especializada à Producto de propiedades constantes y perfectamente conocidas § Hoy en día son poco empleados por la versatilidad de los superplastificantes de 3ª generación. ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES TRADICIONALES 1ª y 2ª Generación
  • 3. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón HISTORIA DE LOS SUPERPLASTIFICANTES 1936
  • 4. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón SO3Na CH2 Polímero de condensación entre ácido naftalenosulfónico y formaldehído NAFTALENSULFONATO (naftaleno) PNS BNS bNS NSFC NS US Pat. N. 2,052,586 Sept. 1, 1936 G. Tucker (GRACE) Grupo sulfónico con carga negativa - SO3Na CH2 SO3Na CH2 SO3Na CH2 SO3Na CH2 SO3Na CH2 - - - - -
  • 5. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón 1938 HISTORIA DE LOS SUPERPLASTIFICANTES
  • 6. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón LIGNOSULFONATO LGS LS US Pat. N. 2,141,570 Dec. 27, 1938 Jacob G. Mark Modificación química (sulfonación) de lignina natural C C C O OH H OH HO OCH3 H H SO3Na C C C O OH H OH HO OCH3 H H SO3Na C C C O OH H OH HO OCH3 H H SO3Na - - - - C C C O OH OH HO OCH3 H S O3Na n Grupo sulfónico con carga negativa
  • 7. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón 60’s 1936 1938 3.2. ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES Historia de los superplastificantes (1)
  • 8. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón SO3Na CH2 Polímero de condensación entre ácido naftalenosulfónico y formaldehído NAFTALENSULFONATO (naftaleno) PNS BNS bNS NSFC NS Grupo sulfónico con carga negativa - SO3Na CH2 SO3Na CH2 SO3Na CH2 SO3Na CH2 SO3Na CH2 - - - - - n GB Pat. N. 1391818 Kenichi Hattori (KAO Corp.)
  • 9. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón Polímeros de condensación entre sulfonato de melamina y formaldehído CONDENSADO DE SULFONATO DE MELAMINA MS MSFC German Patent # 1745441 Aignesberger (SKW) N N N CH2 SO3 Na NH CH2 OCH2 HN n - N N N CH2 SO3 Na NH CH2 OCH2 HN N N N CH2 SO3 Na NH CH2 OCH2 HN N N N CH2 SO3 Na NH CH2 OCH2 HN N N N CH2 SO3 Na NH CH2 OCH2 HN - - - - Grupo sulfónico con carga negativa
  • 10. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón DISPERSIÓN DE PARTÍCULAS DE CEMENTO POR REPULSIÓN ELECTROSTÁTICA Cadena polimérica principal Grupos sulfónicos (con carga negativa) “grupos de anclaje” ADSORCIÓN Partícula de cemento MECANISMO DE ACTUACIÓN DE SUPERPLASTIZANTES DE PRIMERA Y SEGUNDA GENERACIÓN
  • 11. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ----- - - -- ----- ---- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ----- - - -- ----- ---- - - - - - - - - - - - - - - - - - - Energía Potencial REPULSIÓN ATRACCIÓN Distancia REOLOGÍA DEL CEMENTO CON SUPERPLASTIFICANTES DE 1ª Y 2ª GENERACIÓN
  • 12. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ----- - - -- ----- ---- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ----- - - -- ----- ---- - - - - - - - - - - - - - - - - - - Energía Potencial REPULSIÓN ATRACCIÓN Distancia REPULSIÓN ELECTROSTÁTICA BAJA VISCOSIDAD REOLOGÍA DEL CEMENTO CON SUPERPLASTIFICANTES DE 1ª Y 2ª GENERACIÓN
  • 13. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón Razones del éxito de los superplastificantes en los años 80 Mejora en la calidad y la eficiencia de los nuevos polímeros, con el consiguiente beneficio en la relación calidad/coste. 1. Evidencia de que los superplastificantes no crean problemas en el hormigón con el paso del tiempo. 2. Establecimiento de requisitos técnicos para hormigones de altas prestaciones en los que se hacía imprescindible el uso de superplastificantes. 3. Rápido crecimiento de la demanda, ya sea para hormigón líquido/autocompactante y/o de altas prestaciones en la industria de la construcción. 4. ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES Historia de los superplastificantes
  • 14. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón 1936 - 1993 ERA DE LOS SUPERPLASTIFICANTES DE PRIM ERA Y SEGUNDA GENERACIÓN 1994 3.2. ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES DE NUEVA GENERACIÓN 3ª Generación
  • 15. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón En 1994, se inicia la producción de un copolímero de ácidos acrílicos y ésteres acrílicos etoxilados, comenzando la nueva era de superplastificantes de tercera generación en Europa 3.2. ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES DE NUEVA GENERACIÓN 3ª Generación - Historia
  • 16. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón Grupo no iónico 4. Peso de los grupos moleculares no iónicos 2. Peso molecular del polímero 3. Ratio Grupos Ácidos/Grupos Éster (A/E) 1. Tipo de monómeros C C C C C C C C C O O O O X n _ Tercer monómero POLICARBOXILATOS POLIÉTERES ACRÍLICOS Grupo cargado negativamente 3.2. ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES DE NUEVA GENERACIÓN Estructura química (1)
  • 17. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón C O O C C C C C C O O ONa O C C C C C C O O ONa O C C C C C O ONa C C C C C O ONa C O O - - - - Policarboxilatos - Poliéteres - Acrílicos CAE PCA PCE Se pueden utilizar diferentes tecnologías para producir esta clase de moléculas
  • 18. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón C O O C C C C C C O O ONa O C C C C C C O O ONa O C C C C C O ONa C C C C C O ONa C O O La dimensión de las cadenas y el tipo y número de grupos funcionales del PCE condicionan su capacidad de adsorción y, por tanto, su comportamiento: Longitud cadena principal • Mejor mantenimiento de cono • Menor resistencia inicial Densidad cadenas laterales • Mayor capacidad fluidificante • Mayor pegajosidad del hormigón Polaridad term. cadena lateral • Mejor mantenimiento de cono • Menor resistencia inicial 3.2. ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES DE NUEVA GENERACIÓN Estructura química (2) - - - - - - - - - - - - - - -
  • 19. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón Cadena principal del polímero Grupos carboxilato (cargas negativas)“grupos de anclaje” Cadenas laterales neutras“resortes estéricos” Partícula de cemento ADSORCIÓN MECANISMO DE ACTUACIÓN DE O DE SUPERPLASTIFICANTES DE TERCERA GENERACIÓN DISPERSIÓN DE PARTÍCULAS DE CEMENTO POR REPULSIÓN ELECTROSTÁTICA Y ESTÉRICA
  • 20. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón Energía Potencial REPULSIÓN ATRACCIÓN Distancia - - - - - - - - - - -- -- - -- -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- -- - -- -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - REOLOGÍA DEL CEMENTO CON SUPERPLASTIFICANTES DE 3ª GENERACIÓN
  • 21. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón REPULSIÓN ELECTROSTÁTICA Y ESTÉRICA - - - - - - - - - - -- -- - -- -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- -- - -- -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Energía Potencial REPULSIÓN ATRACCIÓN Distancia REOLOGÍA DEL CEMENTO CON SUPERPLASTIFICANTES DE 3ª GENERACIÓN MUY BAJA VISCOSIDAD La presencia simultánea de cargas negativas y grupos no iónicos en la molécula del polímero mejora su capacidad de dispersión
  • 22. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES: CUADRO RESUMEN REDUCCIÓN AGUA/VALOR
  • 23. Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón EVOLUCIÓN DE LOS ADITIVOS REDUCTORES DE AGUA EN LA PREFABRICACIÓN: APRENDIMOS DEL PASADO PARA VIVIR EL PRESENTE, PENSANDO YA EN EL FUTURO