El AHR es un subproducto obtenido a partir de la trituración y tamizado de elementos de hormigón rechazados (22). Por una parte, puede obtenerse de la demolición de edificios o estructuras existentes, lo que provoca que en este caso se mezcle con otros residuos como ladrillo o vidrio (10). Solo si estos otros materiales se encuentran en una proporción inferior al 10 % este material puede considerarse AHR. Por otro lado, el AHR también puede obtenerse de elementos de hormigón rechazados por defectos estéticos o geométricos, así como de excedentes de hormigón, de la industria de la prefabricación (8). El AHR tiene una densidad inferior a la del Árido Natural (AN), alrededor de 2,4 Mg/m³, mientras que su absorción de agua, alrededor del 5-7 % en peso, es notablemente mayor (23). Además, cada fracción de este subproducto (grueso y fino) tiene propiedades particulares.

Por lo tanto, el AHR tiene diferentes desventajas en comparación con el AN, las cuales reducen la resistencia a compresión del HAC (26). Esta disminución es causada por múltiples factores. El uso de AHR grueso aumenta la porosidad de la matriz cementicia debido a la porosidad del propio mortero adherido (10), aunque el efecto más notable es el producido por la adición de AHR fino, el cual modifica la reología de la matriz cementicia y aumenta más notablemente su porosidad (27). Además, las ZIT más débiles originadas por el AHR favorecen el deslizamiento entre el árido y la matriz cementicia, generalmente por la zona del mortero adherido (25). Ambos fenómenos suelen combinarse, pues es habitual que el aumento de la porosidad causado por el AHR fino se produzca principalmente en la zona de las ZIT, debido a la discontinuidad existente entre los materiales (25). Todo ello provoca problemas de adherencia y despegue entre el AHR y la matriz cementicia en lugar de la rotura del árido, situación óptima que proporciona la máxima resistencia a compresión (18). Si las partículas de AHR se rompen en vez de despegarse, este fenómeno suele ocurrir a través del mortero adherido, zona más débil del AHR (17).

Todos los aspectos anteriores provocan una situación que puede considerarse lógica. El aumento del contenido de AHR, independientemente de la fracción utilizada y no modificándose la composición del HAC, lleva a una disminución de su resistencia a compresión (15). En general, el efecto negativo de la fracción fina es más notable debido a su mayor efecto tanto en las ZIT como en la porosidad del hormigón (28). Si al añadir el AHR la trabajabilidad del HAC se mantiene constante (véase la sección 2.3), la bibliografía existente muestra que la disminución de la resistencia se produce de forma lineal (29). Sin embargo, la pendiente de esta línea puede variar notablemente debido a numerosos aspectos, como las propiedades del AHR (pureza, resistencia del hormigón machacado...) (30), o la dosificación del propio HAC (14). Por tanto, un estudio preciso de las características del AHR es necesario para el uso correcto y seguro de este subproducto en la fabricación de HAC.

La Figura 1 muestra la evolución de la resistencia a compresión del HAC fabricado con diferentes contenidos de AHR según los resultados proporcionados en diferentes estudios. En cada estudio indicado se utilizaron diferentes fracciones de AHR: sólo AHR grueso (31), sólo AHR fino (32) o AHR fino junto con un 100 % de AHR grueso (18). Puede observarse que el ajuste lineal es adecuado en todos los casos, pues siempre se alcanzan coeficientes de correlación R² superiores al 95 %. Además, la pendiente de la línea es mayor cuando se utiliza AHR fino debido a su efecto más dañino para la resistencia a compresión del HAC. Por lo tanto, independientemente de las características particulares del AHR utilizado, la disminución de la resistencia es proporcional a la cantidad de AHR añadida si la trabajabilidad del HAC se mantiene constante.

En el campo del AHR, el término “hormigón de partida” hace referencia al hormigón del que se obtiene el AHR mediante machaqueo (33). En cada caso, este hormigón de partida puede tener una composición diferente, lo que conduce a que sus propiedades varíen notablemente (34). Por ejemplo, la resistencia a compresión del hormigón de partida puede ir desde el valor mínimo exigido por las normas internacionales para el hormigón estructural, 25 MPa (35), hasta resistencias del orden de 130-140 MPa (hormigón de altísima resistencia) (36). Esta diferente composición también ocasiona que el hormigón de partida pueda presentar una trabajabilidad diferente, que a su vez influye en la resistencia que desarrolla. Por otro lado, las materias primas son otro aspecto cuya variabilidad también es notable, pues en cada zona geográfica los áridos o el cemento que se producen y utilizan son diferentes. De este modo, tratar de definir unas reglas generales de cómo el hormigón de partida condiciona la resistencia a compresión del HAC es extremadamente complicado (37).

Esta gran variabilidad de la calidad y propiedades del AHR favorece que la resistencia a compresión del HAC presente una notable dispersión, lo que a su vez dificulta tanto su definición precisa como su posible predicción (15). No obstante, se puede establecer una regla clara: el uso de un hormigón de partida de mayor calidad, es decir, de mayor resistencia, da lugar a un AHR de mayor calidad (38), lo que hace que, en general, el HAC fabricado con él tenga una mayor resistencia (14). Este comportamiento está íntimamente relacionado con dos aspectos comentados en la sección anterior:

En relación con estos aspectos, la fuente de la cual se obtiene el AHR (trabajos de demolición o elementos prefabricados) también es importante (8). El hormigón utilizado en la industria de los prefabricados suele tener una mayor resistencia debido a las características singulares de los elementos que se fabrican en ella. Además, la presencia de los contaminantes antes mencionados suele ser notablemente menor (24). Por lo tanto, el AHR procedente de la industria de la prefabricación tiene mejores propiedades para su uso (mayor resistencia, menor cantidad de componentes nocivos...), lo que conduce al desarrollo de HAC de mayor resistencia y, en general, con un mejor comportamiento en estado endurecido (43).

El contenido de agua del hormigón se expresa generalmente a través del cociente entre la cantidad de agua y cemento añadida a la mezcla (relación agua/cemento, a/c) (35). Si se incluyen también las adiciones minerales con propiedades puzolánicas, como las cenizas volantes o la escoria de alto horno granulada molida, este cociente puede denominarse relación agua/conglomerante. En este caso, se consideran conglomerantes tanto el cemento como las diferentes adiciones minerales utilizadas para sustituirlo o complementarlo parcialmente (44). En el hormigón, la cantidad de agua añadida es esencial para dos propiedades diferentes.

Estos dos aspectos muestran que el contenido de agua en todos los tipos de hormigón, pero especialmente en el HAC, tiene que ser definido con precisión para lograr una adecuada trabajabilidad sin una gran pérdida de resistencia (49). De esta manera, ambas propiedades deben ajustarse a los requisitos establecidos para la aplicación en la que el hormigón será utilizado (35).

El AHR tiene características diferentes al AN, entre las cuales destaca, en relación con la trabajabilidad del hormigón, su mayor absorción de agua (28). Esto hace que el agua no absorbida por el árido se reduzca cuando se utiliza este subproducto si la relación a/c de la mezcla se mantiene constante (48). Esto provoca que haya una menor cantidad de agua disponible para reaccionar con el cemento, lo que a su vez resulta en una disminución de la trabajabilidad (31). Cuando se añade AHR, la trabajabilidad también se ve disminuida por la forma irregular de las partículas de este material, ya que esto ocasiona un aumento de la fricción entre los componentes de la mezcla (50). El aumento del contenido de agua también compensa parcialmente este fenómeno (51).

Tal y como se mencionó en la sección 2.1, el efecto de la utilización del AHR puede definirse con precisión manteniendo la trabajabilidad (fluidez) del HAC constante (15). Sin embargo, el diseño de un hormigón no tiene por qué cumplir este criterio, lo cual también favorece un aumento de la dispersión de su resistencia a compresión (35). Así, el uso de un 100 % de AHR sin una compensación total del agua absorbida a mayores como consecuencia de la mayor absorción de agua de este residuo en comparación con el AN puede permitir la obtención de un HAC con una resistencia a compresión superior a la del hormigón fabricado con un 100 % de AN (8). Esta solución es generalmente adecuada para el AHR grueso, ya que la presencia de componentes de naturaleza diferente al hormigón (ladrillo, yeso…) es generalmente reducida, incluso si procede de trabajos de demolición, por lo que no alteran el comportamiento esperado del AHR (24). Sin embargo, la situación es completamente diferente en relación con el uso del AHR fino, debido a su mayor influencia en la microestructura y la porosidad del HAC. Además, su contenido de componentes de naturaleza diferente al hormigón es mayor (18). Por tanto, tampoco se puede definir de forma totalmente precisa el efecto del contenido de agua al añadir AHR al HAC, especialmente cuando se utiliza la fracción fina de este subproducto. En resumen, el contenido de agua del HAC es otro parámetro que puede alterar el comportamiento resistente del HAC (14).

En línea con lo indicado en el párrafo anterior, es claro que la fluidez del HAC condiciona el efecto del AHR (15). Esto se debe a que la fluidez del HAC depende en gran medida de la cantidad de agua añadida a la mezcla y, generalmente, la disminución del contenido de agua del HAC, así como su absorción por parte del AHR van asociadas a una disminución de su fluidez y, a su vez, a un aumento de la resistencia. De este modo, la fluidez deseada condicionará la disminución de resistencia causada por el AHR. No obstante, a diferencia del hormigón vibrado convencional, una disminución mínima del contenido de agua puede dar lugar a un cambio muy significativo de la trabajabilidad, es decir, de la clase escurrimiento (12). La disminución del contenido de agua puede compensar la disminución de la resistencia causada inicialmente por el uso del AHR, pero inevitablemente esto causará una notable disminución de la fluidez del HAC (16). La fluidez es el aspecto diferencial del HAC, y su modificación a altos niveles puede hacer que el uso de este tipo de hormigón no tenga sentido (11). Por lo tanto, es fundamental obtener un equilibrio entre el aumento de la resistencia y la reducción de la fluidez que provoca la no compensación total de la mayor absorción de agua del AHR.

A modo de ejemplo, la Figura 2 muestra los resultados de un estudio realizado por Fiol et al. (8). Más concretamente, esta figura recoge los resultados de la serie de mezclas denominada RAC-30 en dicho artículo. En este trabajo de investigación, el contenido de agua no se aumentó al añadir AHR. Al absorber más agua el AHR que el AN, la relación a/c efectiva disminuyó conforme el contenido de AHR aumentó. De este modo, la no compensación del contenido de agua provocó un aumento de la resistencia cuando se añadieron diferentes contenidos de AHR procedente del machaqueo de elementos prefabricados de hormigón. Este aumento de la resistencia a compresión siguió una tendencia aproximadamente lineal, aunque la resistencia a compresión para un contenido de AHR grueso del 50 % fue ligeramente superior a la esperada. Sin embargo, la utilización de esta estrategia de no compensación de agua también dio lugar a una disminución significativa del escurrimiento del HAC. En este caso, la disminución del escurrimiento se ajustó adecuadamente a un modelo inverso de raíz cuadrada. El comportamiento descrito muestra claramente la necesidad de encontrar el equilibrio entre estos dos aspectos, la fluidez y la resistencia, cuando el contenido de agua se ajusta para compensar el efecto, en principio negativo, del AHR.

Por último, también es importante destacar la utilidad de los procesos de mezcla por etapas para maximizar la fluidez del HAC. Estos procesos consisten en añadir los diferentes componentes de la mezcla de manera progresiva, no todos simultáneamente, y aplicar un proceso de mezcla intermedio (52). Un proceso de mezcla por etapas típico consiste, por ejemplo, en las dos etapas siguientes:

Este procedimiento permite maximizar la fluidez del HAC al añadir AHR sin aumentar excesivamente el contenido de agua (32). La primera etapa maximiza la absorción de agua del AHR, de modo que su mayor absorción del agua en comparación con la del AN no afecte a la fluidez del HAC. En la segunda etapa se logra una hidratación efectiva del cemento, maximizando la fluidez, pero también la resistencia mediante la adición de agua explícitamente destinada a la hidratación del cemento. De esta manera, también se reduce la cantidad de agua adicional que debe añadirse para mantener constante la fluidez al añadir AHR (48). Esto a su vez permite reducir la pérdida de resistencia a compresión que experimenta el HAC cuando se añade este residuo (52). Así, el proceso de mezcla es otro factor que también favorece la dispersión de la resistencia a compresión.

Para obtener la autocompactabilidad, el hormigón debe tener un alto contenido de partículas menores de 0,25-0,50 mm (12). El cemento proporciona una proporción importante de estas partículas, pero, en general, es necesario completarlo con la adición de un filler. El filler es una fracción de árido muy fina que proporciona las partículas de este tamaño (28). El filler más habitualmente utilizado es de naturaleza caliza, cuyo tamaño de partícula es inferior a 0,063 mm (18). Sin embargo, el uso de finos calizos 0/1,2 mm ha demostrado ser incluso una mejor opción porque permite crear una pasta de cemento muy compacta en estado fresco que arrastra eficientemente las partículas de árido más gruesas, incluso cuando se utilizan como árido materiales de alta densidad, como la escoria de horno de arco eléctrico (49).

El contenido de filler añadido al HAC no es una cuestión trivial, ya que este material también proporciona resistencia al HAC al complementar el cemento debido a su pequeño tamaño de partícula. Además, su adición en la cantidad correcta permite obtener una mayor fluidez al añadir una menor cantidad de agua, ya que permite crear una pasta de cemento con una alta capacidad de arrastre (53). Esto a su vez resulta en una menor dilución del cemento y en una mayor resistencia a compresión (14).

El tipo de filler que se añade también es relevante, especialmente cuando se utiliza el AHR fino. Tal y como se ha mencionado anteriormente, el AHR tiene una influencia significativa en la reología de la pasta de cemento, por lo que su uso suele provocar un aumento de la microporosidad de las mezclas (27). Si no hay una afinidad óptima entre el filler y el AHR fino, que contiene partículas del mismo tamaño que el filler, esta microporosidad puede aumentar, lo que resulta en una disminución de la resistencia a compresión (52).

Al igual que la naturaleza del filler, el uso de adiciones minerales con propiedades puzolánicas tiene el mismo efecto (15). En el caso del HAC con AHR, la adición mineral cuyo efecto se ha estudiado con más detalle son las cenizas volantes, cuya combinación con el AHR amplifica la disminución porcentual de la resistencia a compresión al incrementar el contenido de AHR (sin modificar el tipo y la cantidad de conglomerante utilizado al incrementar el contenido de AHR) (54). El aumento de la microporosidad de la mezcla debido a la interacción entre el AHR fino y las cenizas volantes explica este comportamiento (30).

Tal y como se ha indicado anteriormente, la absorción de agua del AHR es mayor que la del AN, lo que hace que este subproducto absorba una mayor cantidad de agua durante el proceso de mezcla (10). El agua absorbida por el árido no permanece indefinidamente en el interior del árido, sino que es liberada de forma diferida y lenta. Una parte de la porción de agua que se libera una vez que el hormigón ha endurecido se evapora. Otra parte permite que el cemento que no se hidrató de modo óptimo durante el proceso de mezcla lo haga. Por lo tanto, el AHR proporciona una mayor cantidad de agua de forma diferida a la matriz cementicia, lo que permite que la hidratación del cemento no efectivamente hidratado durante el proceso de mezcla se produzca posteriormente (55). Esto hace que el aumento de la resistencia a compresión del HAC elaborado con AHR a largo plazo sea más notable en comparación con el hormigón convencional (100 % de AN) (18). Este fenómeno se ve también condicionado por las condiciones de curado, es decir, por el ambiente exterior, al facilitar o no la evaporación del agua liberada por el árido (56).

En vista de lo anterior, la eficacia de este curado interno depende del nivel de absorción de agua del AHR (34). Así, el uso de AHR fino, con mayor absorción de agua que la fracción gruesa de este residuo (10), realiza un curado interno que aumenta la resistencia a compresión del HAC en mayor medida (57). Cuanto mejor sea este curado interno, mejor será la hidratación del cemento, lo que a su vez permite reducir la disminución de la resistencia causada por el AHR, especialmente a largo plazo (57). Por lo tanto, la absorción de agua del AHR es otro factor que también favorece a la dispersión de la resistencia a compresión del HAC.

Muchos factores influyen en la resistencia a compresión del HAC. Además, la gran sensibilidad de este tipo de hormigón en relación con todos los aspectos mencionados hace que el efecto de todos estos factores sea notable (22). La Figura 3 muestra el cociente entre la resistencia a compresión del HAC fabricado con AHR grueso y la resistencia a compresión de un HAC con la misma composición pero con un 100 % de AN (hormigón de referencia) según los resultados obtenidos en diferentes trabajos de investigación (8, 30, 50, 54, 58-62). Así, los valores inferiores a 1,00 corresponden a casos en los que la resistencia a compresión del HAC se redujo al añadir el AHR (resaltado en verde en la Figura 3), mientras que los valores superiores a 1,00 se refieren al HAC con AHR que presentaba una resistencia superior al hormigón de referencia (zona en amarillo en la Figura 3). Los estudios es los cuales el HAC fabricado con AHR presentó una mayor resistencia que el hormigón de referencia estuvo ligado a la disminución de la relación a/c efectiva, aunque la interacción del AHR con las cenizas volantes también fue beneficioso al añadir bajos contenidos de AHR (59). Esta figura representa claramente las ideas resaltadas en este artículo:

Por tanto, conocer la composición de la mezcla y, especialmente, la relación a/c efectiva, es fundamental para extraer conclusiones sobre el efecto del AHR. Si no, es posible que los resultados obtenidos lleven a conclusiones erróneas a la vista de lo recogido en la Figura 3. Esto muestra además que el ajuste de la composición de la mezcla puede permitir obtener un HAC que incorpora AHR con una adecuada resistencia, lo cual muestra que el uso de este subproducto en la fabricación de HAC puede ser adecuada si la composición de la mezcla se estudia en detalle.