Efectos del CO2 ambiental sobre la carbonatación de hormigones elaborados con distintos cementos
Las propiedades de durabilidad del hormigón armado se deben a la protección que el hormigón de recubrimiento confiere a las barras de acero. Además, de ser una barrera física que dificulta el ingreso de agentes agresivos, posee una elevada alcalinidad que origina una capa pasivante sobre la su...
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| Publicado: |
2022
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Ingeniería Hormigón Iloro, Fabián Horacio. Efectos del CO2 ambiental sobre la carbonatación de hormigones elaborados con distintos cementos |
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Las propiedades de durabilidad del hormigón armado se deben a la protección que
el hormigón de recubrimiento confiere a las barras de acero. Además, de ser una barrera
física que dificulta el ingreso de agentes agresivos, posee una elevada alcalinidad que
origina una capa pasivante sobre la superficie del acero que lo mantiene inalterado
mientras no se modifiquen esas condiciones. La elevada alcalinidad del hormigón se debe
fundamentalmente a hidróxidos de calcio, sodio y potasio, formados durante la hidratación
del cemento.
Procesos naturales químicos o físicos pueden causar la disminución de la
alcalinidad del hormigón. La reacción química de las fases disueltas con el CO2
atmosférico, denominada carbonatación, produce una disminución del pH, la cual, si llega
a alcanzar la armadura, puede dar lugar a la destrucción de la capa pasiva del acero y a la
corrosión generalizada del mismo. El principal producto de la reacción de carbonatación es
el carbonato de calcio, el cual, por su estabilidad hasta temperaturas por encima de los
600°C, fija el CO2 de manera irreversible en condiciones normales de presión y
temperatura. La circulación del agua a través del hormigón endurecido origina la
lixiviación de los productos hidratados cálcicos disminuyendo también así la alcalinidad,
fenómeno físico.
La carbonatación del hormigón depende de factores vinculados a las características
del hormigón y a las del medio ambiente de exposición, en particular la concentración
atmosférica de CO2. Por su parte la constante variación de la composición de los cementos
como de las condiciones del medio, principalmente el aumento de las emisiones de CO2,
originan una mayor complejidad para la predicción de vida útil mediante modelos
matemáticos. En Argentina numerosos estudios han demostrado que existe un porcentaje
elevado de estructuras de hormigón afectadas por corrosión, siendo la carbonatación la
causante en la mayoría de los casos.
Numerosos estudios procuran avanzar en la predicción de la vida útil de estructuras
de hormigón, algunos analizan la relación entre la carbonatación natural del hormigón y la
corrosión del acero, proponiendo varios modelos (probabilísticos, estadísticos, analíticos,
etc.) para predecir el avance del frente de cambio de pH, la mayoría de los cuales están
centrados en el proceso de difusión de CO2.
En Argentina, la patología más frecuente en estructuras de hormigón es la corrosión
por carbonatación. De acuerdo con la clasificación del Reglamento CIRSOC 201 para
ambientes de exposición que pueden ocasionar patologías de corrosión, la mayor parte del
territorio argentino se encuentra dentro de la clasificación de corrosión por carbonatación a
excepción de la costa atlántica que se clasifica como ambiente marino, corrosión por
cloruros aunque también hay carbonatación.
El proceso de carbonatación posee una velocidad lenta por lo cual resulta complejo
obtener resultados a corto plazo en laboratorio para evaluar las distintas variables incluidas
en los modelos. En los últimos años se emplean métodos acelerados de carbonatación
existiendo criterios dispares en cuanto a las condiciones de ensayo particularmente la
concentración de CO2, parámetro que se incrementa para acelerar el proceso, el estado
higroscópico de las muestras, percentil de humedad del ensayo, duración del ensayo, etc.
dificultándose así la comparación de los resultados con los obtenidos en ambiente natural.
A nivel local el empleo de métodos acelerados para la calificación de hormigones o
de sus materiales componentes es muy frecuente; el ensayo de barras de morteros o
prismas de hormigón para la determinación de la expansión por la reacción potencial de
álcalis del cemento y la sílice de los agregados (RAS), el ensayo de estabilidad en
inmersión en etilenglicol de agregados basálticos, la migración de cloruros y el ensayo de
succión capilar, son empleados entre otros. Se ha demostrado que el comportamiento de
estructuras de hormigón sometidas a condiciones reales de agresividad no se relaciona
linealmente con los resultados obtenidos en los ensayos acelerados, por lo tanto, los
métodos acelerados pueden ser válidos para la aceptación del material, pero no para su
rechazo.
Los resultados obtenidos han permitido comprender que los efectos del CO2
ambiental en hormigones elaborados con distintos cementos están vinculados fuertemente
con la formación de CaCO3 a partir del Ca(OH)2 y el CSH. Dependiendo de la razón a/mc y
la Ralc, el CO2 comenzará a agotar la Ralc, por ello cuanto menor sea el contenido de Ralc
mayor será la profundidad en hormigones con a/mc y resistencia a compresión similares.
Se obtuvo la validación del método de carbonatación acelerada bajo determinadas
condiciones de ensayo, permitiendo correlacionar la velocidad acelerada (Kac) con la del
proceso natural (Kn). Esto permitirá establecer los recubrimientos de hormigón mínimos
de acuerdo al tipo de cemento empleado para alcanzar la vida útil de diseño.
Particularmente en Argentina el ensayo de carbonatación acelerada puede adoptarse como
ensayo prestacional como lo son el de la reacción álcali sílice (RAS), el de estabilidad
frente al etilenglicol, la migración de cloruros, la velocidad de succión capilar, etc. |