Los aditivos se han convertido en componentes esenciales del hormigón moderno. Gracias a ellos, el hormigón tiene hoy en día una serie de nuevas aplicaciones y los edificios se han vuelto mucho más asequibles y versátiles desde el punto de vista económico. Sin embargo, a menudo se culpa a los aditivos de hormigón, y en general indebidamente, de los problemas de construcción. Sin duda, la interacción de los distintos materiales que componen la formulación del hormigón es cada vez más compleja.
La básica mezcla de cemento, áridos y agua utilizada desde la antigüedad, hoy, ha evolucionado hasta convertirse en un complejo sistema químico de cemento, aditivos y otros compuestos, que requiere precisión y coordinación en sus distintas etapas de producción. El equilibrio y el correcto uso de cada componente del hormigón moderno también requiere conocimientos técnicos especializados y profesionales capaces de realizar las combinaciones que harán del hormigón el material adecuado para la aplicación deseada. Estos profesionales aún deben considerar el proceso de construcción elegido y las condiciones para la descarga y manipulación en obra, de acuerdo con las especificaciones determinadas para el material. Este informe abordará varios ejemplos de cómo se hace todo esto en la práctica.

En evolución

Los aditivos para hormigón se han vuelto tan importantes en la construcción moderna que, sin ellos, los avances en el campo de la construcción habrían ido en una dirección completamente diferente. Los aditivos posibilitaron, por ejemplo, la aparición de hormigones autocompactantes, u hormigones (UHPC, por sus siglas en inglés) de altísimas resistencias, que permitieron la aplicación del material de forma inédita en proyectos constructivos de estructuras más resistentes, funcionales y de menor coste. En Alemania, la primera norma técnica para formulaciones de hormigón con aditivos plastificantes apareció en 1986. Hoy, con la evolución de este tipo de aditivos, esta norma está completamente desactualizada, ya que actualmente es posible llegar al hormigón con tiempos de trabajabilidad y aplicación de tres o cuatro horas con gran facilidad. En ese momento, los superplastificantes eran productos que solo mejoraban la fluidez del hormigón fresco, sin alterar significativamente la cohesión del material. El hormigón de alto flujo hace treinta años era, como mucho, un hormigón de razonable fluidez y cohesión según los parámetros actuales.
Actualmente, además de los plastificantes, las hormigoneras tienen a su disposición una serie de herramientas en forma de superplastificantes, agentes incorporadores de aire, estabilizadores, retardadores y aceleradores de resistencia. Los aditivos de dispersión, conocidos popularmente como plastificantes y superplastificantes (o hiperplastificantes), son los más utilizados. Actualmente constituyen el 80% de todos los aditivos demandados por la industria de la construcción en Alemania, la evolución del consumo de este tipo de productos en el país, en particular de los superplastificantes a base de policarboxilatos (o hiperplastificantes). La evolución de los aditivos sigue las demandas de la industria del hormigón, que hoy necesita proporcionar material de construcción para edificios de cientos de metros de altura en países con clima desértico o para plataformas marinas en el Océano Ártico. Sin embargo, la norma de hormigón alemana más moderna, EN 206-1 (integra DIN 1045-2), ya trae una ampliación de las clases de consistencia del material. El reglamento trae ahora la inédita clase de hormigón F6, con parámetros posibles gracias al desarrollo de nuevos aditivos, que siguen la tendencia mundial en el desarrollo de formulaciones de hormigón, cada vez más fáciles de trabajar y más ligeras.

A continuación, se muestran algunos ejemplos de las ventajas de utilizar aditivos:
• El hormigón producido con superplastificantes es más fácil de manipular, requiere menos energía para su compactación y, por tanto, emite menos ruido, una ventaja en entornos urbanos.
• Los aditivos estabilizadores permiten que el hormigón de los cimientos entre en contacto con el agua del nivel freático sin segregarse. De esta forma, las fundaciones se pueden realizar sin dañar el medio ambiente y sin bombear el agua del subsuelo.
• Los agentes incorporadores de aire permiten que el hormigón sea resistente a las bajas temperaturas y los ataques químicos provocados por las sales de descongelación.
Los superplastificantes más modernos permiten actualmente incluso la reconciliación de parámetros antagónicos, por ejemplo, baja relación agua / cemento y mantener la consistencia después de 90 minutos; alta resistencia inicial y posible deformación en menos de 24 horas. Algunos productos ni siquiera requieren la adición de hormigón en el sitio de construcción, lo que evita errores y ahorra un tiempo valioso. Sin embargo, a menudo se culpa a los aditivos de hormigón de los problemas estructurales, lo que tampoco suele confirmarse. No hay duda de que las interacciones químicas de los muchos aditivos que componen las formulaciones modernas del hormigón son cada vez más complejas. La mezcla básica de cemento, agua y áridos utilizada desde la antigüedad ha evolucionado hasta convertirse en un compuesto multifásico, cuya producción requiere una logística elaborada y un cuidado especial con la calidad del cemento, áridos y aditivos utilizados. Por regla general, el hormigón fresco se clasifica según su consistencia o trabajabilidad (ensayo de asentamiento) y la especificación técnica contenida en la guía de despacho. Esto significa que el comportamiento reológico no puede describirse ni evaluarse adecuadamente.
Otras características de rendimiento importantes son la "cohesión" del hormigón, la "bombeabilidad" y la estabilidad de la mezcla, que no pueden determinarse únicamente a partir de la evaluación inicial del material. Alcanzar estas especificaciones en la producción de hormigón requiere tanto de tecnología como de personal especializado con experiencia en resolver las múltiples variables del proceso de construcción, las condiciones ambientales en el sitio, los métodos de descarga y los parámetros especificados.

Estabilidad del hormigón
Durante la construcción del sistema de navegación fluvial en Wusterwitz, Alemania, se produjo una extensa segregación en el hormigón de las paredes de varias de las esclusas del sistema. El caso provocó que el Instituto Federal de Ingeniería Hidráulica (BAW, en sus siglas en alemán) realizara una importante revisión en la normativa para el uso de superplastificantes a base de policarboxilatos compatibles con la aplicación (estructura de hormigón sumergido), hasta entonces vigente en Alemania. En mayo de 2015, el instituto dio a conocer el resumen ZTV-W LB 215 y, solo entonces, con los parámetros del nuevo reglamento definidos, se pudo realizar la corrección de la estructura. Según BAW, el hormigón de las paredes de las esclusas de Wusterwitz se ha segregado debido a una falla en la estabilidad de la mezcla de hormigón, que habría sido provocada por vibraciones. La resistencia del hormigón se vio afectada, según el instituto, por factores adicionales, como consistencia incorrecta, elección de agregados inapropiados, con tamaño de partícula y curva de adherencia insuficientes. El instituto, sin embargo, concluyó que la segregación fue causada por el uso incorrecto de superplastificante basado en policarboxilatos.

En general, los agentes estabilizantes pueden tener una influencia positiva sobre la estabilidad de la sedimentación. Para ello, es necesaria una formulación precisa del estabilizador, ya que pequeñas variaciones en las cantidades (hacia arriba o hacia abajo) pueden resultar en una estabilidad reducida. Tiempos de amasado muy cortos o de baja intensidad pueden resultar en una composición heterogénea del hormigón y comprometer la estabilidad de la mezcla, una situación muy común en los casos donde los aditivos (por ejemplo, superplastificantes) no se dispersaron correctamente en el mezclador, requiriendo dosificaciones adicionales. Pero, ¿qué significa la estabilidad y robustez de la mezcla de hormigón fresco? El hormigón fresco estable es lo que resiste adecuadamente la segregación, cuando se expone, por ejemplo, a vibraciones, bombeos y otras condiciones de descarga del material en obra que pueden resultar en la ruptura de sus elementos. En el mundo ideal, el hormigón debe pasar por todas estas situaciones y permanecer homogéneo, para garantizar que se logren las propiedades deseadas cuando esté endurecido. La estabilidad a la sedimentación (como parte de la estabilidad de la mezcla de hormigón) se refiere a que el árido grueso no se "hunde" en la pasta de hormigón.
El hormigón fresco debe permanecer estable y, deseablemente, mantener poca o ninguna separación entre el mortero y la gravilla. La tendencia de los componentes de hormigón fresco a separarse unos de otros se denomina tendencia a la segregación. El hormigón es más o menos propenso a la segregación en función de su capacidad para resistir los numerosos factores que pueden influir en su estabilidad. La separación del agua en el hormigón se llama exudación y da como resultado una alta porosidad en la superficie del material. La robustez, por otro lado, es la capacidad del hormigón para reaccionar de manera "benigna" y con previsibilidad ante influencias inesperadas, como variaciones en la cantidad de agua y variaciones en las propiedades de los componentes del hormigón, variando el lote, en condiciones ambientales, retrasos en la construcción o vibración prolongada.

En resumen, un hormigón de buena estabilidad se define según los siguientes parámetros:
• Exudación mínima
• Mínima segregación de ligante y mortero
• Mínima segregación del árido grueso
• Mínima formación de espuma, en el caso de hormigón tratado con incorporador de aire

En primer lugar, es necesario establecer un buen cronograma de hormigonado para considerar parámetros como las tensiones de la estructura derivadas de la colocación del hormigón en función del ancho de la capa, las aberturas que surgen de la descarga, la altura de caída libre, rango de movimiento horizontal, tipo y duración del vibrado, puntos de inmersión del equipo de vibración, entre otros factores. El hormigón de buena resistencia se produce con la correcta elección de los áridos, que deben presentar una adecuada curva granulométrica, suficiente adherencia entre mortero y áridos, bajo evaluación y ensayos durante toda la producción.

Entre las pruebas más importantes se encuentran:
• Determinación de incorporación de aire con simulación de transporte:
• Pruebe medir la cantidad de aire incorporado inmediatamente después de mezclar el hormigón y luego de 10 minutos
• Prueba con mayor tiempo de compactación
• Ensayo de trabajabilidad del hormigón fresco en altas temperaturas

Métodos de evaluación Muchas de las propiedades descritas anteriormente para la estabilidad de la mezcla de concreto o la propensión a la segregación aún no se pueden determinar de manera concluyente mediante las pruebas actualmente existentes. Por ello, el Instituto de Materiales de Construcción de Hannover (ifB) investiga métodos de evaluación que permitan determinar una serie de parámetros para el hormigón fresco. Una de las líneas de investigación busca precisamente crear un ensayo de sedimentación para determinar la estabilidad del hormigón sometido a vibraciones. El objetivo es desarrollar un dispositivo portátil que se pueda llevar fácilmente a la obra, capaz de evaluar la variación de los parámetros de compactación.
Los investigadores incluso tienen un prototipo, denominado "recipiente de sedimentación". Esta investigación, además de dar como resultado el desarrollo de un método de evaluación de la estabilidad y un prototipo preliminar, ambos en el proceso de certificación, también generó un grupo de trabajo formado por los más grandes especialistas alemanes que discuten una serie de preguntas sobre el hormigón fresco, en el ámbito del Comité Alemán de Hormigón Estructural de Alemania (DafStb, por sus siglas en alemán). Las hipótesis que se están investigando actualmente están relacionadas con la compactación completa del hormigón y la pregunta ¿qué es una consolidación completa?
• Si la compactación completa del hormigón fresco es un requisito previo básico para lograr las propiedades del hormigón endurecido y, por lo tanto, sería un factor clave en el éxito del hormigonado.
• Si, con clases de consistencia más altas, el esfuerzo de compactación requerido para el hormigón con aire incorporado para ciclo hielo-deshielo fuera menor y, por lo tanto, el método de vibración debería considerar parámetros relacionados con la consistencia del hormigón fresco.
Estas y otras hipótesis relacionadas con la compactación, como la duración e intensidad ideales (frecuencia / amplitud) del vibrador elegido, aún deben probarse antes de que se conviertan en métodos prácticos presentes en el trabajo.