Hormigón celular

El hormigón celular ligero ( LCC) y el hormigón celular de baja densidad (LDCC), entre otros nombres , se definen como una lechada a base de cemento con un mínimo del 20 % (en volumen) de espuma incorporada en el mortero plástico . ^{[ 1 ]} Dado que en la mayoría de los casos no se utiliza árido grueso para la producción de hormigón celular, el término correcto sería mortero en lugar de hormigón; también se le puede llamar «cemento espumado». La densidad del hormigón celular suele variar entre 400 kg/m³ ⁽ 670 lb/yd³ ) y 1600 kg/m³ ⁽ 2700 lb/ yd³) . La densidad se controla normalmente sustituyendo total o parcialmente el árido fino por la espuma.      

El hormigón celular también se conoce como hormigón espumado , hormigón celular , hormigón aireado , hormigón celular ligero o hormigón de densidad reducida .

La historia del hormigón celular se remonta a principios de la década de 1920 y a la producción de hormigón celular autoclavado , que se utilizaba principalmente como aislante . ^{[ 2 ]} Un estudio detallado sobre la composición, las propiedades físicas y la producción del hormigón celular se llevó a cabo por primera vez en las décadas de 1950 y 1960. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} Tras esta investigación, se desarrollaron nuevos aditivos a finales de la década de 1970 y principios de la de 1980, lo que llevó al uso comercial del hormigón celular en proyectos de construcción. Inicialmente, se utilizó en los Países Bajos para rellenar huecos y para la estabilización del suelo. Investigaciones posteriores realizadas en los Países Bajos contribuyeron a que el uso del hormigón celular como material de construcción se extendiera . ^{[ 6 ]} Más recientemente, el hormigón celular se fabrica con un generador de espuma continuo. La espuma se produce agitando un agente espumante con aire comprimido para hacer "hormigón aireado" o "hormigón celular". Este material es ignífugo, resistente a los insectos e impermeable. Ofrece un importante aislamiento térmico y acústico, y puede cortarse, tallarse, taladrarse y moldearse con herramientas de carpintería. Este material de construcción puede utilizarse para hacer cimientos, subsuelos, bloques de construcción, muros, cúpulas o incluso arcos que pueden reforzarse con una malla de construcción. ^{[ 7 ]}

El hormigón celular generalmente consiste en una lechada de cemento o cenizas volantes , arena y agua, aunque algunos proveedores recomiendan cemento puro y agua con el agente espumante para mezclas muy ligeras. ^{[ 8 ]} Esta lechada se mezcla posteriormente con una espuma sintética aireada en una planta de mezcla de hormigón . ^{[ 9 ]} La espuma se crea utilizando un agente espumante , mezclado con agua y aire de un generador. El agente espumante debe ser capaz de producir burbujas de aire con un alto nivel de estabilidad, resistentes a los procesos físicos y químicos de mezcla, colocación y endurecimiento.

La mezcla de hormigón celular se puede verter o bombear en moldes, o directamente en elementos estructurales. La espuma permite que la lechada fluya libremente debido al comportamiento tixotrópico de las burbujas de espuma, lo que permite verterla fácilmente en el molde o forma elegido. ^{[ 9 ]} El material viscoso requiere hasta 24 horas para solidificarse (o tan solo dos horas si se cura con vapor a temperaturas de hasta 70  °C para acelerar el proceso. ^{[ 10 ] [ 11 ]} ), dependiendo de variables como la temperatura y la humedad ambiente. Una vez solidificado, el producto formado se puede desmoldar. Una nueva aplicación en la fabricación de hormigón celular es cortar grandes bloques de hormigón en bloques de diferentes tamaños mediante una máquina de corte que utiliza alambres de acero especiales. La acción de corte se realiza antes de que el hormigón se haya curado por completo.

Se han hecho intentos de simplificar este proceso con la adición de goma xantana para ayudar a estabilizar la espuma ^{[ 12 ]} , aunque aún están por determinarse las propiedades mecánicas del resultado y las similitudes con el hormigón celular fabricado tradicionalmente.

El hormigón celular es un material de construcción versátil con un método de producción sencillo y relativamente económico en comparación con el hormigón celular autoclavado. ^{[ 1 ]} Los compuestos de hormigón celular que utilizan cenizas volantes en la mezcla son aún más económicos y tienen un menor impacto ambiental. El hormigón celular se produce en una variedad de densidades, desde 200  kg/m³ ^hasta 1600  kg/m³, ^según la aplicación. ^{[ 1 ]} Los productos de menor densidad se pueden cortar en diferentes tamaños. Si bien el producto se considera una forma de hormigón (con burbujas de aire que reemplazan al agregado), sus altas cualidades de aislamiento térmico y acústico lo convierten en una aplicación muy diferente a la del hormigón convencional.

• En términos de conductividad térmica, el hormigón celular no es inferior a la madera. Una pared de 40 cm puede soportar temperaturas de congelación de -30 °C. ^{[ 13 ]}
• El hormigón celular resiste la exposición unilateral al fuego durante al menos tres horas y, en promedio, cinco horas. ^{[ 13 ]}

El hormigón celular se puede producir con densidades en seco de 400 a 1600  kg/m³ ⁽ 25 lb/ft³ ^a 100 lb/ft³ ⁾ , con resistencias a los 7 días de aproximadamente 1 a 10 N/mm² ⁽ 145 a 1450 psi) respectivamente. El hormigón celular es resistente al fuego y sus propiedades de aislamiento térmico y acústico lo hacen ideal para una amplia gama de usos, desde el aislamiento de pisos y techos hasta el relleno de huecos. También es particularmente útil para la restauración de zanjas. ^{[ 9 ]}

Algunas de las aplicaciones del hormigón celular son:

• Accesos a puentes / terraplenes
• Abandono de oleoducto / relleno anular
• relleno de zanja
• bloques prefabricados
• elementos/paneles de pared prefabricados
• muros de hormigón vertido in situ / hormigonado in situ
• colocación de compensación aislante
• soleras aislantes
• soleras aislantes para techos
• relleno de la porción hundida
• reinstauración de la trinchera
• subbase en carreteras
• relleno de bloques huecos
• paneles aislantes prefabricados ^{[ 14 ]}

Hasta mediados de la década de 1990, el hormigón celular se consideraba débil y poco duradero, con una alta retracción. ^{[ 1 ]} Esto se debía a que las burbujas de espuma inestables hacían que el hormigón celular tuviera propiedades inadecuadas para producir una densidad muy baja (menos de 300  kg/m³ ^de densidad seca), así como para aplicaciones estructurales portantes. Por lo tanto, es importante asegurar que el aire incorporado al hormigón celular esté contenido en burbujas estables, muy pequeñas y uniformes que permanezcan intactas y aisladas, y que no aumenten la permeabilidad de la pasta de cemento entre los huecos.

El desarrollo de agentes espumantes basados ​​en enzimas sintéticas; aditivos que mejoran la estabilidad de la espuma; y equipos especializados para la generación, mezcla y bombeo de espuma han mejorado la estabilidad de la espuma y, por lo tanto, del hormigón celular, lo que permite fabricar una densidad tan baja como 75  kg/m³ ^, una densidad que es solo el 7,5 % del agua. ^{[ 14 ]} La enzima consiste en proteínas altamente activas de origen biotecnológico no basadas en la hidrólisis de proteínas. ^{[ 15 ]} En los últimos años, el hormigón celular se ha utilizado ampliamente en autopistas, edificios comerciales, edificios de rehabilitación de desastres, escuelas, apartamentos y desarrollos de viviendas en países como Alemania, EE. UU., Brasil, Singapur, India, Malasia, Kuwait, Nigeria, Bangladesh, Botsuana, México, Indonesia, Libia, Arabia Saudita, Argelia, Irak, Egipto y Vietnam.

Se ha investigado el uso de hormigón celular como trampa de balas en campos de entrenamiento de tiro de alta intensidad del ejército estadounidense. ^{[ 16 ]} Este trabajo dio como resultado el producto SACON , que fue adoptado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos. Cuando se desgasta, puede enviarse directamente a plantas de reciclaje de metales sin necesidad de separar las balas atrapadas, ya que el carbonato de calcio del hormigón actúa como fundente . ^{[ 17 ]}

La capacidad de absorción de energía del hormigón celular se estimó mediante pruebas de caída y se encontró que variaba de 4 a 15 MJ/m³ ^dependiendo de su densidad. La absorción óptima se estimó a partir de una mezcla de densidad moderada de 1000  kg/m³ ^con relaciones agua/cemento (a/c) de 0,6 a 0,7. ^{[ 18 ]}