Las adiciones son materiales inorgánicos que se añaden al hormigón para mejorar las propiedades del mismo en cantidades limitadas en función del cemento
Para la elaboración del concreto se han buscado alternativas que permitan utilizar menor cantidad de cemento garantizando las mismas propiedades de la mezcla, lo cual ha llevado a encontrar adiciones minerales derivadas de otros procesos industriales, que actúan como material cementante suplementario. Estos procesos logran ahorros de energía importante, eliminan productos de desecho de procesos contaminantes, pueden mejorar la calidad del concreto terminado y reducen su costo de elaboración. Las adiciones tienen la propiedad de reaccionar químicamente en presencia de agua, pueden aumentar la resistencia a largo plazo y, generalmente, aumentan la resistencia a la reacción álcali-agregado. En la utilización de adiciones para la elaboración de elementos prefabricados deconcreto debe existir un control estricto debido a que la resistencia inicial es muy importante en estos procesos. En el caso de
cimentaciones o zapatas donde no se requiere obtener una alta resistencia inicial sino con mayores periodos de tiempo, las adiciones de este tipo pueden considerarse óptimas, analizando entre otros factores los costos, que pueden incrementarse notablemente.(concreto.ARGOS)
La utilización de estas adiciones minerales tales como escorias de altos hornos, ceniza volante, microsílice u otras puzolanas, resultan en el mejoramiento de la reología, de la laborabilidad, disminución del calor de hidratación, alta resistencia al ataque de sulfatos e ingreso de cloruros, a la carbonatación y reacción álcali agregado. Las adiciones minerales activas adicionadas al hormigón, traen consigo varios beneficios. El principal beneficio es de carácter químico, dado por la fijación del hidróxido de calcio que aporta el cemento Portland en la hidratación de los principales constituyentes (SC3 y SC2) para formar tobermorita, haciendo menos vulnerable la matriz cementicia, ante la acción de agentes agresivos que pueden dañar al hormigón al reaccionar con la cal. Desde el punto de vista físico, las adiciones minerales tienen efectos beneficiosos sobre la reología del hormigón en estado fresco. Al reemplazar parcialmente en peso al cemento Portland, el volumen de pasta se incrementa, y con ello la separación entre los áridos, que se ven reflejados en el mejoramiento de la plasticidad, de la fluidez, en la disminución de la exudación, de la segregación, y en la laborabilidad de la mezcla.(Dopico, 2009)
El uso de adiciones minerales activas en la fabricación de hormigones se ha mostrado como una alternativa viable y eficiente para incrementar las propiedades durables de dicho material. Esto se debe básicamente a que aparece un aumento del contenido de los productos de reacción, favorecido por la adicional formación de hidratados de la reacción puzolánica, lo que propicia menor porosidad capilar y por ende superior resistencia y durabilidad (Agarwal, 2006, Lawrence et al., 2005, Papadakis and Tsimas, 2002, Mehta and Monteiro, 2001). Dentro de las adiciones más empleadas se encuentra el metacaolín, el inconveniente de su uso se centra en la necesidad de arcillas puras en mineral caolín para su producción y los altos costos energéticos asociados a este proceso. Formas viables de disminuir estas desventajas serían el empleo de arcillas de más bajo grado de pureza, unido a un eficiente proceso energético de producción durante su calcinación.
En general, se ha encontrado que el uso de puzolanas como materiales sustitutivos parcialmente del cemento en el hormigón, produce una mayor densificación con reducción de
los índices de difusión de gases e iones y consiguientemente una mejora de la durabilidad. El uso de metacaolín, producto de la deshidratación del caolín y compuesto por óxidos silicos y aluminosos en altas proporciones que, junto a la elevada superficie específica del producto final confieren al mortero una mayor impermeabilidad, una considerable reducción de la porosidad capilar, una gran resistencia química y una mejor y más rápida adquisición de resistencia mecánica. (Alujas, 2010, Salazar, 2000)
Dentro de las puzolanas usadas para la fabricación de cementos mezclados y de hormigones, con vista a mejorar sus propiedades durables, se encuentra el metacaolín. Varios han sido los trabajos que han estudiado sus aportes favorables, al ser utilizada como sustituyente del Cemento Portland Ordinario. Se ha demostrado que el uso de metacaolín acelera la hidratación del Cemento Portland y disminuye el contenido de hidróxido de calcio en las mezclas, mejora la permeabilidad y por tanto reduce la penetración de ión cloruro en hormigones expuestos al contacto con agua de mar, así como que aumenta la resistencia frente a ataque de sulfatos. Además, las mezclas fabricadas con esta adición muestran menores valores de porosidad, absorción de agua y sorptividad (Bai et al., 2003, Al-Akhras, 2006, Justice, 2005, Talero, 2005, Sabir et al., 2001, Gongalves et al., 2009).(Rancés Castillo Lara, 2011)
Las puzolanas reaccionan con la portlandita del cemento Portland, mostrando efectos tanto positivos como negativos.
Positivos:
Efecto
Objetivo
Aumento de su estabilidad química Mayor durabilidad del cemento y el hormigón Menor liberación del calor de hidratación Menor permeabilidad en los hormigones. Menor expansión volumétrica en el
fraguado
Reduce las grietas y aumenta la resistencia mecánica
Aumenta la laborabilidad de la mezcla Menor segregación de los componentes Disminuye el consumo de clínker Ahorro del combustible y menor costo de
producción
Reduce la presencia de cal libre Mejora la resistencia química del cemento y del hormigón.
Negativos:
Mayor cantidad de agua de mezclado Lograr una consistencia dada Menores resistencias a compresión a
corta edad
Mayor resistencia a partir de los 28 días de fraguado en comparación con el Cemento Portland
1.4.2 Propiedades del hormigón con adiciones de puzolanas:
Reducción de Cemento: Se puede reemplazar o sustituir parte del cemento Portland, por puzolana para obtener una resistencia igual (cementos Tipo IP). La resistencia producida por los aditivos puzolánicos se desarrolla con relativa lentitud, en particular a bajas temperaturas. Por consiguiente, debe continuarse el curado en húmedo durante periodos más largos, para desarrollar la resistencia potencial de ese hormigón.(Anónimo)
Control de la reacción álcali-agregado. Los componentes silíceos de ciertos agregados reaccionarán con los álcalis del cemento Portland. El término álcali se refiere al sodio y potasio presentes en pequeñas cantidades y se expresa en los informes y análisis del molino como óxido de sodio equivalente (%Na2O + 0.658*% K2O=%Na2Oe). Esta reacción provoca una expansión excesiva, agrietamiento y deterioro general del hormigón. Las pruebas de laboratorio y la experiencia en el campo han indicado que el uso de cementos de bajo álcali (menos del 0.6% de Na2Oe) o el uso de puzolanas, o ambas cosas, minimizan la reacción álcali-agregado, lo que entonces permite el uso de esos agregados. Las puzolanas varían en su capacidad para controlar la reacción álcali-agregado; por lo tanto, antes de seleccionar una puzolana para este fin, se deben llevar a cabo pruebas para determinar su eficiencia.(Anónimo)
Desarrollo del calor de hidratación. Al reducir la cantidad de cemento Portland, por metro cúbico de hormigón, por puzolanas, se reducirá el calor total de hidratación. Esto resulta muy conveniente cuando se vacían grandes masas de hormigón, ya que se reduce la temperatura máxima, con la subsiguiente reducción en los esfuerzos térmicos y el agrietamiento al enfriarse.(Anónimo)
1.4.3 Aportes del uso de las puzolanas como adiciones en la durabilidad
del hormigón.
La durabilidad de un hormigón, se define como la habilidad de este material de mantener sus propiedades con seguridad en el tiempo, bajo la acción de agentes deteriorantes, ya sea por ataque químico, abrasión, explotación o cualquier otro proceso de deterioro. Un hormigón será durable, siempre que expuesto a la acción de agentes naturales y de uso o explotación, mantenga sus características físicas de forma, calidad y función para el cual fue diseñado (tiempo de servicio o de vida útil) (Dopico, 2009)
La utilización de las puzolanas en el cemento Portland presenta un efecto en la disminución de la fisuración (retracción) y del calor de hidratación. Los hormigones con adiciones puzolánicas reducen las consecuencias que trae consigo la reacción álcalis-agregado, como el agrietamiento y disminución de la resistencia. Incorpora partículas muy finas en el hormigón, ayudando a mejorar la laborabilidad de la mezcla, e incluso a reducir la demanda de agua para una consistencia determinada. Las arcillas calcinadas proporcionan al hormigón un aumento en la impermeabilidad, en la resistencia al ataque de sulfatos, así como aumento de la resistencia mecánica a edades avanzadas