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Aditivos que no solo reducen agua
1. Introducción

Desde su aparición en 1970, los aditivos superplastificantes / reductores de alta actividad se han desmarcado de las tecnologías previas gracias a su mayor capacidad fluidificante y de reducción de agua. A partir de aquí, todos los esfuerzos para evolucionar esta tecnología se han concentrado en potenciar aún más su capacidad fluidificante, tanto diseñando moléculas de por si más eficientes como también optimizando su compatibilidad con el cemento para obtener las máximas prestaciones del aditivo.

Sin embargo, los últimos desarrollos en la química de superplastificantes se han focalizado más en la especialización que en el progresivo incremento de su capacidad reductora de agua, con el propósito de solucionar aquellas nuevas limitaciones que aparecían cuando se habían podido salvar las anteriores barreras.

Esta especialización cada vez es más selectiva: desde el primer nivel, diferenciando los superplastificantes para hormigón preparado y para prefabricado, hasta las actuales tecnologías dirigidas al control de la viscosidad del hormigón, el mantenimiento de la consistencia en condiciones de baja relación a/c o para trabajar con arenas conflictivas.

Sin duda, los aditivos superplastificantes ya no son solamente simples fluidificantes que permiten reducir la relación a/c. Su abanico de prestaciones cada vez es más amplio, hasta el punto de que con el mismo aditivo se pueden controlar otras propiedades más allá de la consistencia y el desarrollo de resistencias del hormigón.

2. Aditivos superplastificantes de nueva generación: una nueva escala en la capacidad fluidificante y de reducción de agua

La actual normativa para aditivos para hormigón UNE-EN 934-2 exige una capacidad de reducción de agua mínima del 12% para poder considerar un producto como aditivo superplastificante (además de otras exigencias), mientras que para los aditivos plastificantes esta exigencia mínima es del 5%.

A efectos prácticos, y considerando las dosificaciones habituales, los aditivos plastificantes (gamma MasterPozzolith) alcanzan reducciones de agua efectivas de hasta el 10%. Del mismo modo, la capacidad de reducción de agua de los aditivos superplastificantes convencionales basados en polímeros de naftaleno o melaminas sulfonadas (BNS y MNS) alcanza hasta el 20% (gama MasterRheobuild). Esta propiedad diferencial permitió el desarrollo de nuevos hormigones con mayor capacidad resistente y elevada fluidez para una óptima puesta en obra. Fueron los primeros hormigones de alta resistencia y prolongada durabilidad.

Con el desarrollo de la química de los polímeros de policarboxilato ramificados (PCE), aparecieron los denominados aditivos superplastificantes de nueva generación, sobre el año 2000, con una capacidad de reducción de agua efectiva que puede alcanzar hasta el 40% (gama MasterGlenium).

Estos nuevos aditivos superplastificantes permitieron que el desarrollo tecnológico del hormigón experimentara grandes avances. Se diseñaron nuevos tipos de hormigones que se fundamentan exclusivamente a partir de la elevada capacidad reductora de agua de los aditivos superplastificantes de nueva generación, y que han revolucionado el concepto de diseño y ejecución de las estructuras de hormigón. Son los casos del hormigón autocompactante (SCC), ampliamente empleado en el sector del prefabricado, los hormigones de altas prestaciones (presentes en multitud de grandes obras) y el UHPC (ultra-high performance concrete), con un potencial enorme para revolucionar el sector de la construcción entero.

3. Ingeniería de polímeros: el origen de la especialización y los aditivos a la carta

Des de su aparición, los aditivos superplastificantes de nueva generación fueron ganando espacio en el mercado, hasta convertirse en la tecnología de superplastificantes más empleada. Sin embargo, se constató que esta química era mucho más sensible a efectos de compatibilidad con la composición del cemento y de las arenas (o sea, no siempre funcionaban como estaba previsto). Pero para poder solucionar esta limitación en la robustez de los aditivos superplastificantes de nueva generación, era necesario entender en detalle la interacción entre el polímero de PCE y el cemento, y a su vez, conocer los vínculos entre la estructura del polímero y su comportamiento.

Los siguientes años de investigación se dedicaron casi exclusivamente a este propósito, y en buena manera se alcanzaron buena parte de los objetivos planteados. Con este nuevo conocimiento nació la ingeniera de polímeros, mediante la cual puede modificarse la estructura del polímero de PCE con el fin de optimizar la compatibilidad con el cemento y maximizar así su rendimiento. Ya podían servirse aditivos a la carta, customizados para cada situación particular.

La ingeniería de polímeros fue el trampolín para que apareciera la primera especialización clara y evidente de los aditivos superplastificantes de nueva generación. A diferencia de todos los avances precedentes, ahora ya no se pretendía incrementar aún más su capacidad fluidificante. El objetivo era otro: diseñar aditivos superplastificantes adaptados a los requisitos particulares de cada aplicación.

En este momento el mercado se especializó. Aparecieron los aditivos superplastificantes de nueva generación específicos para hormigón preparado (MasterGlenium SKY) y los específicos para el sector del prefabricado (MasterGlenium ACE). Los primeros, combinando una alta capacidad fluidificante con un prolongado mantenimiento de consistencia. Y los segundos, con un rápido desarrollo de resistencias iniciales.

Esta especialización de los aditivos ha brindado grandes beneficios a ambos sectores, tanto económicos como de sostenibilidad (optimización del contenido de cemento, aumento de la durabilidad), y son las tecnologías mayormente empleadas en el sector del hormigón preparado y en el prefabricado respectivamente (cada uno son su rama de la especialización).

4. La especialización ramificada: aditivos superplastificantes avanzados para los nuevos retos

Llevar la capacidad de reducción de agua de los aditivos hasta el límite permitió abrir un abanico enorme de posibilidades en el desarrollo de los hormigones, pero también constató la progresiva pérdida de soluciones robustas. Dicho de otra manera, se solucionaron muchas de las problemáticas plantadas, pero a su vez se pusieron de manifiesto nuevas limitaciones que representaban nuevos retos a resolver (buena parte de ellas teniendo como origen las nuevas exigencias relacionadas con la sostenibilidad del sector de la construcción).

La primera limitación que se evidenció fue el impacto generado en la reología del hormigón, básicamente provocado por la reducción del volumen de pasta que permitía la alta capacidad reductora de agua de estos aditivos. Esta limitación se manifestaba en problemas de bombeo y de puesta en obra debido a la elevada viscosidad característica de los hormigones con menor volumen de pasta y baja relación volumétrica entre agua y finos.

De nuevo, la solución no pasaba por buscar un incremento de la capacidad fluidificante de los aditivos. Esta vez, el foco estaba centrado en el impacto del aditivo sobre la viscosidad del hormigón. Fue en 2014 cuando se presentó la gama MasterEase, basada en polímeros ramificados de aril-fosfato (PAE) que, de manera resumida, ofrecen las mismas prestaciones que los superplastificantes de nueva generación clásicos en cuanto a reducción de agua, pero generan un impacto muy menor en el aumento de la viscosidad del hormigón. Este nivel superior en la especialización del aditivo no implicó el sacrificio de los avances previos: ahora se disponían de aditivos especializados para el hormigón preparado y para el prefabricado, pero que al mismo tiempo permitían fabricar hormigones con viscosidades del orden del 30% más bajas que anteriormente. Con este avance, ya se podían fabricar hormigones de baja relación agua/cemento y con el contenido de cemento optimizado que a su vez eran perfectamente bombeables y cómodamente manejables.

Las nuevas tendencias para fabricar hormigones más sostenibles también han puesto de manifiesto ciertas necesidades de mejora. Básicamente, nos referimos al incremento del contenido de finos calizos en los hormigones (bien por adición de filler calizo en planta o por el incremento de caliza en los cementos), que acentúan la pérdida de consistencia prematura, y por la necesidad de emplear arenas con menor tratamiento (arenas con elevado contenido de finos, arenas con arcillas).

En ambos casos, otra vez la solución no precisa de un incremento de la capacidad fluidificante del aditivo, sino en cuestiones de compatibilidad y de mantenimiento del efecto dispersante en el tiempo.

De nuevo la ingeniería de polímeros permitió desarrollar soluciones que poco a poco van teniendo cabida en el mercado. La gama de superplastificantes MasterSuna se caracteriza por una menor sensibilidad ante la presencia de arcillas en las arenas, por lo que permite emplear arenas menor procesadas, con menor impacto ambiental asociado. Esta gama está aún en pleno desarrollo (se han logrado grandes avances, pero aún no se puede afirmar que existe una solución para cada casuística particular), y probablemente será el pilar sobre el que puede solventarse uno de los problemas inmediatos que el sector deberá enfrentar: la escasez de arenas de calidad.

La tecnología de superplastificantes más reciente que se ha presentado al mercado es la gama MasterSure, dedicada a mejorar de mantenimiento de consistencia de hormigones con elevado contenido de finos calizos. Con solo 3 años de recorrido, su uso está claramente en crecimiento, en línea con la evolución actual de los cementos y especialmente con la perspectiva que vislumbra el futuro inmediato, en la que se prevé la progresiva optimización del factor clínker de los cementos.

5. Conclusiones: Más especialización para lo que viene

La investigación en el campo de los aditivos superplastificantes sigue avanzando. Con los logros obtenidos se han resuelto muchos de los retos que precisaban de una solución y se han abierto nuevas posibilidades antes impensables. Pero el futuro inmediato plantea muchos desafíos donde el aditivo debe ser una pieza clave. Por ejemplo, la implementación de cementos de menor huella de CO2 como los LC3 o los activados alcalinamente requiere que antes se solucionen las propias limitaciones de estos nuevos cementos (insuficiente mantenimiento de consistencia, poco desarrollo de resistencias iniciales), y se espera que el desarrollo de la tecnología de los aditivos superplastificantes se la clave para solucionar estas limitaciones.