17.5.2 Hidratación y microestructura

La adición de SAP tiene efectos importantes en el proceso de hidratación y el desarrollo de la microestructura del hormigón. Esto se debe a una serie de razones. En primer lugar, la absorción inicial de SAP podría alterar la relación w/b efectiva y las características de hidratación temprana. En segundo lugar, la posterior liberación de agua del SAP promueve una mayor hidratación del cemento, produciendo productos de hidratación adicionales, y el refinamiento de los poros. En tercer lugar, el SAP secado y colapsado deja macro vacíos dispersos en la pasta de cemento endurecida y esto cambia la porosidad total y la distribución del tamaño, dependiendo de la dosis de SAP. También induce una interfaz entre el SAP y la matriz de la pasta de cemento con características microestructurales únicas que pueden tener consecuencias importantes.

Mechtcherine et al. (2014) y Justs et al. (2014) observaron que el SAP causaba un ligero retraso en la hidratación temprana, mientras que Hasholt y Jensen (2015) informaron de un ligero efecto acelerador. En estos casos, se añadió agua adicional para compensar la absorción de SAP en la mezcla fresca. No obstante, la mayoría de los estudios coinciden en que el SAP aumenta el grado de hidratación a edades posteriores, especialmente a partir de los 14 días, debido al agua adicional que se pone a disposición para reaccionar con el cemento (por ejemplo, Igarashi y Watanabe, 2006; Lura et al., 2006; Justs et al., 2014). Además, la hidratación a largo plazo parece estar controlada por la relación w/b total más que por la relación w/b efectiva inicial (Justs et al., 2014; Reinhardt y Assmann, 2014; Hasholt y Jensen, 2015). En otras palabras, el grado final de hidratación depende del agua total disponible en el sistema, independientemente de que una parte de ella haya sido arrastrada por el SAP a edades tempranas.

La mejora de la hidratación en los sistemas que contienen SAP debería conducir a una reducción de la porosidad capilar y a un refinamiento de la distribución del tamaño de los poros, especialmente a edades más avanzadas. Sin embargo, los resultados de los estudios disponibles no coinciden totalmente. Esto se debe a que el efecto neto sobre la estructura de los poros depende de una serie de factores, entre los que se incluyen la dosis de SAP y la capacidad de absorción, la relación w/b y si se añadió o no agua adicional durante la dosificación para compensar la absorción de SAP. La reducción de la porosidad capilar como resultado de una mejor hidratación (curado interno) o la disminución de la relación w/b efectiva debido a la absorción de SAP puede o no ser suficiente para contrarrestar el aumento de la porosidad debido a la formación de macro vacíos. El efecto neto también depende de la relación w/b porque el curado interno sólo es beneficioso para los sistemas con una relación w/b muy baja. Esto pone de manifiesto los efectos contrarrestantes del SAP en la microestructura. Las incertidumbres en la estimación de la absorción de SAP en los materiales cementicios, como se discute en la Sección 17.4.3, complican aún más esta cuestión.

Por ejemplo, algunos estudios que utilizan la porosimetría de intrusión de mercurio encontraron una mayor porosidad total en morteros y hormigones que contienen SAP y agua arrastrada. Esto se atribuyó a los macrovacíos que se forman cuando el SAP se seca (Mönnig, 2005; Mechtcherine et al., 2009). Sin embargo, se observó una menor porosidad total en los sistemas sin agua arrastrada (Mönnig, 2005; Igarashi y Watanabe, 2006), presumiblemente porque la relación w/b efectiva disminuyó por la absorción de SAP. Utilizando la tomografía de rayos X, Lura et al. (2008) observaron una reducción de los poros capilares pequeños debido a los productos de hidratación adicionales del curado interno y una reducción de la microfisuración causada por la contracción autógena. Utilizando la sorción de vapor de agua, Snoeck et al. (2015) observaron que las pastas de cemento con SAP y sin agua arrastrada mostraron una ligera disminución en el rango de micro (<2 nm) y mesoporos (2-50 nm). Las pastas de cemento con SAP y agua arrastrada no mostraron cambios significativos en el rango de microporos, pero sí un ligero aumento en el rango de mesoporos mayores. Beushausen et al. (2014) tampoco encontraron un efecto significativo del SAP en la porosidad, lo que sugiere que el mayor vacío inicial creado por el SAP se compensa con una microestructura mejorada por el curado interno.

La Fig. 17.4 muestra algunos ejemplos de imágenes de electrones retrodispersados de pastas, morteros y hormigones que contienen SAP. Se puede observar que las partículas de SAP y los macro vacíos están aislados y bien distribuidos en la pasta de cemento endurecida. Los macro vacíos oscilan entre ~10 y más de 500 μm, dependiendo del tamaño inicial del SAP seco y del hinchamiento (Lam, 2005; Lee et al., 2010a,b,c, 2016). El límite de los macrovacíos tiende a seguir la forma original del SAP seco, como también se observa con la tomografía de rayos X (Lura et al., 2008). La partícula de SAP colapsada puede aparecer como una partícula sólida, porosa/celular o con forma de anillo estrecho. Algunas muestras muestran un hueco entre la pasta y el SAP debido a la contracción (Lam, 2005), mientras que se mantiene una buena unión en las muestras que contienen SAP polimerizado en suspensión con textura rugosa y mayor área superficial (Lee et al., 2010a,b,c), como se observa, por ejemplo, en la Fig. 17.4F. Ocasionalmente, los macrovacíos contienen precipitados de hidróxido de calcio o pequeños granos de cemento que han reaccionado posteriormente para formar productos de hidratación dentro del depósito de agua, llenando el espacio originalmente ocupado por el SAP hinchado (Fig. 17.4D-F).

La pasta de cemento que rodea al SAP exhibe una microestructura muy variable y comparte características similares a la «zona de transición interfacial» del agregado-pasta y a la interfaz vacío de aire-pasta (Scrivener et al., 2004; Wong y Buenfeld, 2006; Wong et al., 2011). La interfaz contiene menos cemento en comparación con la pasta a granel más alejada, debido al empaquetamiento desordenado de las partículas. También tiende a ser muy porosa y ocasionalmente contiene grandes depósitos de hidróxido de calcio (Fig. 17.4C,D). Estas características pueden atribuirse al alto contenido de agua en la superficie del SAP hinchado, o posiblemente a la liberación temprana del agua absorbida en la pasta circundante causando una precipitación preferente. La contracción del SAP cuando se seca puede conducir a la microfisuración de la pasta de cemento circundante (Lee et al., 2010a,b,c), pero se espera que la humedad liberada por el SAP promueva una mayor hidratación y desarrollo de la microestructura en la pasta circundante. En los morteros y hormigones, los vacíos de SAP tienen el tamaño de los granos de arena y pueden extenderse entre las partículas de los áridos (Lee et al., 2016), por ejemplo, Fig. 17.4B.