Uso de polímeros superabsorbentes en el hormigón

A lo largo de la vida del hormigón, el agua tiene una importancia fundamental:

- Es un ingrediente esencial en la mezcla, el curado y el endurecimiento del hormigón;

- Su intercambio con el entorno provoca la contracción, el hinchamiento y, posiblemente, la fisuración del hormigón endurecido;

- Su presencia en el hormigón endurecido influye en la resistencia y la fluencia;

- Desempeña un papel fundamental en el deterioro causado por la acción de las heladas o las reacciones álcali-sílice.

Obviamente, el control del agua es importante para el hormigón. Este artículo ofrece una visión general de algunas de las oportunidades que ofrece el uso de polímeros superabsorbentes (SAP) para lograr dicho control. Partes del artículo provienen de una publicación anterior.

Cuando el gel de polímero superduper al exponerse al agua, se hinchan y, al secarse, se contraen reversiblemente. Estas propiedades clave para el secado son su retracción reversible. Estas propiedades clave pueden utilizarse activamente en el hormigón.

Influencia en la Resistencia

Una savia polimérica superabsorbente puede garantizar un curado interno por agua muy eficiente, definido como la incorporación de un agente de curado que actúa como depósito interno de agua, liberándola gradualmente a medida que el hormigón se seca. 7 El curado interno por agua se ha utilizado durante décadas para promover la hidratación del cemento y controlar su retracción.

Desde el punto de vista de la resistencia, la adición de absorbentes de polipropileno al hormigón tiene dos efectos opuestos: mientras que la savia polimérica genera vacíos en el hormigón y, por lo tanto, reduce la resistencia, el curado interno por agua que proporciona la savia mejora el grado de hidratación y, por consiguiente, aumenta la resistencia. Cuál de estos dos efectos es predominante depende de la relación agua-cemento (a/c), la madurez del hormigón y la cantidad de savia añadida. El efecto total parece estar bien descrito con los modelos existentes, como el concepto de relación gel-espacio. En particular, a una relación agua-cemento alta (>0,45), la adición de savia tiene muy poco efecto sobre la hidratación y, por lo tanto, generalmente reduce la resistencia a la compresión. Con una relación agua/cemento baja (<0,45), la adición de SAP puede aumentar la resistencia a la compresión.

Reducción de la Retracción

La retracción del hormigón debida a la pérdida de agua al entorno es una causa bien conocida de agrietamiento, tanto en estado plástico como endurecido. Este tipo de agrietamiento puede mitigarse eficazmente ralentizando o previniendo la pérdida de agua. Al actuar como fuente de agua, los SAP podrían utilizarse en este contexto, pero estos tipos de retracción son fenómenos relacionados principalmente con la superficie y puede resultar difícil dirigir la acción de los polímeros superconductores hacia esta interfaz. La retracción autógena es un fenómeno estrechamente relacionado con el hormigón de alto rendimiento. Puede provocar agrietamiento y afectar la resistencia, la durabilidad y la estética del hormigón. Este ha sido un desafío tecnológico que ha limitado el uso del hormigón de alto rendimiento. La adición de SAP a una mezcla de hormigón durante el mezclado permite un control activo de las propiedades geométricas y termodinámicas de la fase acuosa. El agua presente en las inclusiones de SAP formadas es esencialmente agua libre, y el tamaño y la forma de las inclusiones dependen de las partículas de SAP añadidas inicialmente. Por lo tanto, la incorporación de agua puede considerarse una "distribución de fase acuosa diseñada".

Los polímeros superabsorbentes (SAP), o materiales altamente absorbentes, influyen significativamente en las propiedades de resistencia de las diversas aplicaciones en las que se incorporan.

Protección contra las heladas

Los SAP también pueden utilizarse para diseñar la estructura porosa de los materiales cementicios. Durante la hidratación del cemento, las partículas de SAP se contraen y dejan huecos llenos de gas. Esto puede utilizarse potencialmente para la incorporación controlada de aire y mejorar la resistencia al hielo del hormigón. El método utilizado habitualmente para la incorporación de aire presenta diversas dificultades tecnológicas importantes, como la coalescencia de burbujas de aire en el hormigón fresco, la pérdida de aire durante la vibración o el bombeo, y problemas de compatibilidad entre los aditivos incorporadores de aire y los aditivos reductores de agua de alto rango. El uso de SAP ofrece la posibilidad de controlar activamente el aire incorporado en el hormigón endurecido, incluyendo el contenido total de aire, la separación de las burbujas de aire y el tamaño (e incluso la forma) de las cavidades individuales. Esto se denomina "incorporación de aire ingenierizada del hormigón".

Modificación de la reología

La adición de absorbente de poliacrilato seco durante la mezcla produce un cambio considerable en la reología del hormigón fresco si no se añade agua adicional para compensar la absorción de SAP. Por ejemplo, con una absorción de agua de aproximadamente 15 g/g de SAP seco, la adición de tan solo un 0,4 % de SAP en relación con el peso del cemento reducirá la relación agua/cemento libre en 0,06. Este cambio en la relación agua/cemento triplicará el límite elástico y aumentará la viscosidad plástica en un 25 % para un hormigón con una relación agua/cemento inicial de 0,4. Además de este efecto de retención de agua pura, la presencia física de las partículas de SAP hinchadas provocará un aumento adicional de la tensión de fluencia y la viscosidad plástica. Si el efecto espesante causado por los polímeros superabsorbentes no es deseado, puede mitigarse mediante la adición de aditivos plastificantes. Por ejemplo, el efecto espesante asociado con la absorción de agua por el SAP puede ser especialmente útil para el hormigonado húmedo, un proceso que puede presentar diversas dificultades tecnológicas. Para permitir el bombeo de mezclas de hormigón normales, se requiere un asentamiento alto. Sin embargo, para minimizar el rebote y permitir un espesor de acumulación adecuado durante el hormigonado, se requiere un asentamiento bajo. En la práctica, el fabricante del hormigón puede necesitar mantener el asentamiento en 80 mm (3 pulg.). Además de un control preciso del asentamiento del hormigón fresco, normalmente es necesario añadir un aditivo acelerador del fraguado en la boquilla.

Desafortunadamente, el aditivo acelerador del fraguado produce reducciones marcadas en la resistencia a la compresión a largo plazo.El concepto de utilizar SAP para ajustar el asentamiento del hormigón proyectado húmedo se ha probado en la práctica. Se añadió SAP seco a la boquilla y se demostró que su rápida absorción de agua genera un cambio de viscosidad durante la colocación, lo que permitió la acumulación de capas gruesas sin el uso de aditivos aceleradores de fraguado. Este último beneficio es particularmente interesante debido a la gran dificultad para controlar la incorporación de aire en el hormigón proyectado. Durante la colocación del hormigón proyectado, se producirán cambios importantes en la estructura de huecos de aire si se basa en un aditivo normal con incorporación de aire. Sin embargo, con los SAP, es posible diseñar con precisión la estructura final de huecos de aire, que no se verá afectada por el proceso de bombeo y colocación.

Los SAP desempeñan un papel importante en el hormigón, principalmente gracias a su estructura porosa tridimensional. Pueden absorber y almacenar grandes cantidades de agua, liberándola en el momento oportuno durante el proceso de hidratación del hormigón, regulando así eficazmente la temperatura y la humedad ambiental en su interior.