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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)
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
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generación.
ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES TRADICIONALES
1ª y 2ª Generación
Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón
HISTORIA DE LOS SUPERPLASTIFICANTES
1936
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
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Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón
1938
HISTORIA DE LOS SUPERPLASTIFICANTES
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
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OH
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HO OCH3
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n
Grupo
sulfónico
con
carga
negativa
Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón
60’s
1936
1938
3.2. ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES
Historia de los superplastificantes (1)
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SO3Na
CH2
Polímero de condensación
entre ácido naftalenosulfónico
y formaldehído
NAFTALENSULFONATO
(naftaleno)
PNS BNS bNS
NSFC NS
Grupo
sulfónico
con
carga
negativa
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SO3Na
CH2
SO3Na
CH2
SO3Na
CH2
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n
GB Pat. N. 1391818 Kenichi Hattori (KAO Corp.)
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
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CH2 SO3 Na
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CH2 SO3 Na
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Grupo
sulfónico
con
carga
negativa
Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón
DISPERSIÓN DE PARTÍCULAS DE CEMENTO
POR REPULSIÓN ELECTROSTÁTICA
Cadena polimérica
principal
Grupos sulfónicos (con
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MECANISMO DE ACTUACIÓN DE SUPERPLASTIZANTES DE
PRIMERA Y SEGUNDA GENERACIÓN
Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón
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DE 1ª Y 2ª GENERACIÓN
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Energía
Potencial
REPULSIÓN
ATRACCIÓN
Distancia
REPULSIÓN
ELECTROSTÁTICA
BAJA VISCOSIDAD
REOLOGÍA DEL CEMENTO CON SUPERPLASTIFICANTES
DE 1ª Y 2ª GENERACIÓN
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
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
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
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)
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
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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
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)
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- -
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
Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón
Energía
Potencial
REPULSIÓN
ATRACCIÓN
Distancia
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REPULSIÓN
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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
Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón
ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES: CUADRO RESUMEN REDUCCIÓN
AGUA/VALOR
Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón
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ADITIVOS REDUCTORES
DE AGUA EN LA
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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