Concreto Reforzado con Fibras de Acero.

El concreto reforzado con fibras de acero las cuales se adicionan en el momento del mezclado presenta una serie de ventajas con respecto al concreto simple, algunas de estas ventajas se enlistan a continuación:

1. ventajas económicas:

 

-Eliminación de mallas electrosoldadas o armado de varillas (pisos industriales, aeropistas, pavimentos, cubiertas de puentes, piezas prefabricadas ...).

-Reducción del espesor de concreto (pavimentos y cubiertas).

-Disminución del número de juntas (pavimentos y cubiertas).

-Disminución de gastos de mantenimiento (todo tipo de superficies sometidas a fuerzas abrasivas).

-Menor costo de almacenamiento (requiere espacios reducidos)

-Mano de obra no especializada (bajo costo).

-Refuerzo uniforme sin importar el tipo de sección.

-Disminución del riesgo de fracturas en él desmolde (piezas prefabricadas, tubos de concreto).

-Disminución del costo de colocación (especialmente en el concreto lanzado se coloca al mismo tiempo el refuerzo).

-Aumenta  el  tiempo  de  servicio  (mayor  vida  útil  en  todo  tipo  de  concreto, especialmente en concreto refractario).

2. Ventajas técnicas:

-Disminuye la propagación de microfisuras (todo tipo de obra).

-Proporciona una resistencia mayor al impacto y a las cargas estáticas y dinámicas

(pisos industriales y pavimentos en general, tuberías).

-Proporciona una mayor resistencia a la flexión (todo tipo de obra, relevante en pavimentos y cubiertas).

-Gran capacidad de deformación (piezas prefabricadas, tubos).

 

-Aumento drástico de la resistencia a choques térmicos y mecánicos (concreto refractario).

-Resistencia a la corrosión cuando la fibra es de acero inoxidable (todo tipo de obra en contacto con el agua, tubería, canales, pilotes ... ).

-gran uniformidad en la adherencia fibra-concreto en el concreto lanzado (cuando el concreto se lanza contra mallas de acero se crean bolsas detraes de las mallas)

Como se puede apreciar las fibras de acero pueden emplearse en una gran variedad de obras de concreto, incluyendo el concreto lanzado, en todos los casos se debe proporcionar la mezcla más adecuada para evitar que la adición de las fibras pueda representar una baja en la ligeramente torcidas en los extremos, las hay en diversos grosores y longitudes (la relación largo a diámetro. L/D, se conoce como relación de esbeltez). 

Generalmente el fabricante recomienda las cantidades  a  emplear  por  cada  metro  cúbico  de  concreto, éstas  cantidades  son  útiles  para posteriores refinamientos según el caso. El Comité ACI 544 establece que el concreto reforzado con  fibras  de  acero  se  especifica  usualmente  por  su  resistencia  y  su  contenido de  fibras. Normalmente  en  las  obras  de  pavimentación  se  especifica  la  resistencia  a  la  flexión,  y  en aplicaciones estructurales se especifica la resistencia a la compresión.

Fibras de Polipropileno.

Las fibras de polipropileno son productos sintéticos que se emplean cada día más, debido principalmente a que reducen considerablemente el agrietamiento del concreto, estos productos  plásticos  se  fabrican  en  diversos tamaños  y  grosores.  Normalmente  las  fibras  se adicionas un poco antes de vaciar el concreto de los camiones premezcladores, dando tiempo suficiente a que se distribuyan uniformemente en la mezcla de concreto (es usual mezclar por 5 minutos o dar 70 revoluciones). Las dosis de fibra dependen del tipo de aplicación, o sea del propósito particular de la fibra. En muchas ocasiones la fibra proporciona protección en las primeras 24 horas para evitar el agrietamiento, en otras puede reemplazar totalmente la malla de refuerzo no estructural que se acostumbra para evitar que las grietas de concreto se abran, en ningún momento las fibras pueden reemplazar el acero de refuerzo estructural. Las fibras de plástico  son  de  particular  ayuda para  evitar  el  agrietamiento en  losas,  pavimentos,  muros, sobrecarpetas de concreto, aplanados, texturizados, concreto lanzado, paneles prefabricados y concreto preesforzado.

Algunos fabricantes de fibras de polipropileno las fabrican en dos versiones: 

a) fibras para  parar  el agrietamiento  y 

b)  fibras  que  además  de  parar  el  agrietamiento  proporcionan beneficios adicionales para el concreto como mejor flexibilidad y resistencia al impacto. Esta última fibra debe los beneficios adicionales a una mayor densidad, mayor adherencia a la pasta de cemento y mayor capacidad a la tensión. Para el ejemplo de fibras que se mencionan, las dosis según el fabricante serían de 0.6 a 2.0 kg/m3 para la fibra que solo detiene el agrietamiento, y de 3 a 20 kg/m3 para la otra fibra.

Microsílice.

La microsílice es un desperdicio que se genera en los hornos de arco eléctrico que se emplean en la industria de los metales silicoferrosos o sus aleaciones, al reducir el cuarzo a silicio con  temperaturas  hasta  de  2,000 °C  se  producen  vapores  de  SiO  los  cuales  al  oxidarse  y condensarse forma pequeñas esferas con diámetro de 0.1 µ m y superficie específica entre 2,000 y 2,500 m2/kg. Por el proceso de formación también se llama a la microsílice “humo de sílice”, su tamaño considerablemente menor que el de los granos de cemento le confiere una reactividad altamente puzolánica. Estas pequeñas partículas son extremadamente peligrosas en estado suelto, por lo que en la actualidad se le ha comercializado en dos presentaciones: a) empaquetada (bolsas degradables en el mezclado) y b) en solución (con agua y otros aditivos, generalmente reductores de agua de alto rango).

La microsílice es un aditivo que reacciona en un ambiente húmedo con el hidróxido de calcio resultado de la hidratación del cemento, esta reacción genera nuevos productos de silicato de calcio que proporcionan una mayor resistencia y durabilidad. Las partículas extremadamente finas de la microsílice ocupan fácilmente los espacios entre los granos de cemento creando también una estructura más impermeable. Estas son algunas de las razones por las cuales la microsílice se emplea en la producción de lo que se conoce como concretos de alto desempeño, los cuales se caracterizan por ser de muy alta resistencia y de exhibir propiedades superiores a las de un concreto convencional. La cantidad de microsílice a emplear en el concreto depende de los beneficios que se pretendan, generalmente se recomienda partir de dosis recomendadas por los fabricantes o distribuidores del aditivo.

Aditivos Inclusores de Aire.

El aditivo inclusor de aire permite generar durante el mezclado del concreto un sistema de pequeñas burbujas de 0.025 a 0.1 mm espaciadas uniformemente en toda la masa del concreto. El sistema de burbujas provee al concreto de una resistencia especial contra el intemperismo, en particular  protege  al  concreto  del deterioro  producido  por  las  heladas  o  los  ciclos  de congelamiento y deshielo, por esta razón se dice que el aire introducido mejora la durabilidad del concreto. La cantidad de aire que se debe introducir depende de la protección deseada, en el caso de la protección contra el problema de congelamiento-deshielo se emplea de 4 a 6% de aire en volumen. La cantidad de aditivo que se debe usar depende de la cantidad de aire a introducir, esto también depende de la marca y del tipo de producto químico, para el caso de la resina vinsol, uno de los aditivos más comunes, se puede emplear de 0.5 a 2 ml. por cada kilogramo de cemento para proporcionar la protección contra el congelamiento-deshielo.

El aire introducido no debe confundirse con el aire atrapado, este último se produce tanto en el mezclado como en el proceso de colocación, llegando a ser un volumen considerable si el concreto no es vibrado adecuadamente, aun contando con un vibrado eficiente siempre queda algo de aire atrapado pudiendo llegar a ser hasta de un 2 % para este caso. El aire atrapado se caracteriza por ser perjudicial a la impermeabilidad del concreto ya que las burbujas son grandes y  dispersas  en  forma  heterogénea  en  la  masa  de  concreto.  Por  otro  lado  las  burbujas  que caracterizan al concreto con aire introducido son notoriamente más pequeñas y están separadas (no se conectan) un promedio de 0.2 mm en la pasta de cemento.

El aditivo inclusor de aire se ha empleado con éxito en concretos donde se desea mejorar la trabajabilidad, especialmente en concretos con consistencias secas como el empleado en la pavimentación, aquí el propósito es hacer más fluida la mezcla sin detrimento en la resistencia, por lo que las cantidades de aditivo que se emplean son bajas y no preocupa que al final del trabajo el sistema de burbujas haya desaparecido (se va desintegrando en el manejo del concreto).

La eficiencia de algunos aditivos inclusores de aire se disminuye cuando se emplean cenizas volantes en la elaboración del concreto, esto se debe a que la ceniza es un polvo fino que rompe las burbujas durante el mezclado y el manejo, en estos casos se acostumbra emplear dosis más generosas del aditivo. En la actualidad ya existen inclusores de aire que no son tan sensibles a la presencia de las cenizas, además de que al combinarlos con algún reductor de agua o reductor-retardador se puede disminuir la dosis del inclusor de aire.

El control en la calidad de los aditivos inclusores de aire se basa en la norma ASTM C-260 “Especificaciones para  Aditivos  Inclusores  de  Aire  en  Concreto”,  donde  se  cubren  las especificaciones para las sustancias químicas que se pueden emplear como aditivos inclusores de aire.

Aditivos Acelerantes.

Los  aditivos  acelerantes  tienen  el  propósito  de  lograr  que  el  concreto  desarrolle resistencia rápidamente, por lo tanto aceleran el proceso de fraguado del cemento. El empleo de este aditivo es útil cuando se desea descimbrar rápido para acelerar el programa de construcción, en ocasiones la falta de cimbra hace que se use este aditivo con el objeto de descimbrar rápido para volver a usar la cimbra en el siguiente colado. En ocasiones cuando se tiene que colar en un ambiente frío también se usan acelerantes para contrarestar los efectos de las bajas temperaturas, las cuales normalmente retrasan el fraguado del concreto, con el peligro adicional de que si la temperatura continúa bajando el concreto puede llegar a congelarse.

En la actualidad existen dos tipos de acelerantes, los basados en el cloruro de calcio (CaCl2), y los acelerantes sin cloruros. El cloruro de calcio actúa de una forma compleja con el agua y el cemento, el fenómeno de reacción aún no está perfectamente claro, parece que el cloruro se involucra con las reacciones del C3A, el yeso y el C4AF y actúa también como catalizador del C3S y del C2S acelerando la formación del gel. El cloruro de calcio se adiciona en porcentajes  no  mayores  al  2  %  por  peso  del  cemento,  además  de  observarse  una  ganancia significativa de resistencia a edades tempranas se presentan los siguientes efectos secundarios:

1. Aumenta un poco la trabajabilidad.

2. Combinado con un aditivo inclusor de aire provoca un aumento del contenido de aire.

3. Retiene la humedad en los agregados disminuyendo el sangrado.

4. Favorece la corrosión del concreto reforzado, no se debe usar en el concreto preesforzado.

5. Aumenta ligeramente la contracción por secado del concreto.

6. Disminuye la durabilidad a largo plazo.

7. Disminuye la resistencia a los sulfatos en el largo plazo.

8. Después de la ganancia rápida en resistencia hay una baja en la evolución de la misma.

Los aditivos acelerantes sin cloruros presentan una gran ventaja puesto que no provocan corrosión, el cloruro de calcio llega a corroer no solamente al concreto reforzado sino también cualquier superficie metálica con la que pueda tener contacto, como por ejemplo el dispensario donde se almacena el propio aditivo. Dependiendo de la marca, el acelerante sin cloruros se puede dosificar para usos normales de 6.5 a 52 ml. por cada kilogramo de cemento.

Aditivos Retardadores de Fraguado.

Los aditivos retardadores de fraguado se emplean para retrasar el tiempo de fraguado del concreto, dando con esto más tiempo para el manejo del concreto en la obra, especialmente cuando se trata de colados grandes y cuando no se cuenta con suficiente personal. Este tipo de aditivos son de mucha utilidad cuando los trabajos se tienen que realizar en climas calientes y/o cuando se espera que el transporte del concreto tome mucho tiempo. 

El retraso en la hidratación se atribuye a que el aditivo es absorbido por las partículas de cemento dilatando el contacto del agua con el cemento, el fenómeno a nivel de superficie evita por lo tanto que la mezcla se haga rígida en el tiempo de acción del aditivo. Posteriormente, al disminuir el efecto del aditivo, el agua  alcanza  las  partículas  de  cemento  y  la  hidratación  prosigue  en  forma  normal.  Los compuestos químicos más conocidos como retardantes son: los sulfatos de calcio, los azúcares, los ácidos hidroxicarboxílicos, y los compuestos orgánicos basados en fosfatos, boro y sales de magnesio.

Aditivos Reductores de Agua.

Los aditivos reductores de agua reciben este nombre porque permiten una reducción en la cantidad de agua de la mezcla. Para los aditivos reductores de agua llamados de tipo normal, la cantidad de agua que se puede quitar de la mezcla varía entre 5 y 15 %. Estos aditivos están formulados usualmente a base de ácidos lignosulfónicos y sus sales, ácidos hidroxíl-carboxílicos y sus sales, así como carbohidratos procesados. El aditivo reductor de agua permite lograr una mejor resistencia y durabilidad del concreto al reducir la relación agua-cemento, o bien obtener la misma resistencia original reduciendo el consumo de cemento, otra posibilidad de aplicación consiste en dar fluidez a la mezcla sin alterar la relación agua-cemento (la resistencia no cambia).

Una variedad de los reductores de agua que permiten reducir el agua de mezcla en un porcentaje       mayor  al  normal  son llamados reductores de agua de alto rango, superplastificantes, o super reductores de agua. Estos aditivos permiten lograr una reducción del agua de mezcla hasta del 30 % proporcionando la misma consistencia de la mezcla original, por supuesto que logran una gran ganancia en resistencia al disminuir considerablemente la relación agua-cemento, se les emplea con frecuencia en la elaboración de concretos de muy alta resistencia. Cuando se emplean los aditivos superplastificantes se pueden lograr concretos muy fluidos, para los cuales ya no es posible medir el revenimiento pues se colapsan y fluyen en el piso al retirar el cono de revenimiento, sin embargo estos aditivos no favorecen la segregación, como sería en el caso de simplemente aumentar la cantidad de agua en la mezcla. Los aditivos reductores  de  agua  de  alto  rango  se  elaboran  usualmente  a  base  ya  sea  de  lignosulfonatos modificados, sulfonatos de melamina o folmadeidos de naftalina.

Tanto  los  aditivos  reductores  de  agua  de  rango  normal  como  los  de  alto  rango  o superplastificantes trabajan de la siguiente manera: si se mezclaran exclusivamente el cemento y el agua se formarían una especie de grumos difícil de dispersar, salvo que se agregara mucha agua, esto último tendría por supuesto un impacto negativo en la resistencia, al incluir al aditivo en la mezcla, las partículas de cemento absorben el aditivo y tienden a repelerse (las partículas se cargan negativamente, algunos milivoltios son suficientes para provocar un rechazo entre ellas), con lo cual se logra una mezcla fluida donde la cantidad de agua requerida es menor.

La norma ASTM C-494 sugiere la siguiente clasificación para los aditivos reductores de agua y/o químicos controladores del fraguado.

1. Tipo A: Aditivos reductores de agua.

2. Tipo B: Aditivos retardadores de fraguado.

3. Tipo C: Aditivos acelerantes de fraguado.

4. Tipo D: Aditivos reductores de agua y retardantes.

5. Tipo E: Aditivos reductores de agua y acelerantes.

6. Tipo F: Aditivos reductores de agua de alto rango.

7. Tipo G: Aditivos reductores de agua de alto rango y retardadores de fraguado.