dra. ing. esperanza menéndez grupo consolider-sedurec · además, de la acción de los sulfatos se...

Dra. Ing. Esperanza Menéndez Grupo Consolider-Sedurec

Aspectos generales sobre la alteración del hormigón

Causas de deterioro en estructuras de hormigón

Comités RILEM sobre ataque químico

Performance of cement-based materials in aggressive aqueous environments (211-PAE)

Alkali aggregate reaction in concrete structures: performance testing and appraisal (219-ACS)

Conclusiones

Distribución de daños en construcción: Proyecto 42% Ejecución 28,5% Materiales 14,6% Uso 9,6% Varios 5,7%

Según ACI y RILEM Daños en el hormigón:

Ciclos de hielo-deshielo Exposición a agresivos químicos: ataque por sulfatos, ácidos, ión amonio, etc. Corrosión de armaduras y de otros materiales embebidos en el hormigón Reacción química con los áridos

Proyecto Ejecución Materiales Uso Varios

Realización de análisis, estudios y recomendaciones sobre una determinada problemática de la construcción Los componen especialistas, laboratorios y científicos Duración de cinco a siete años Elaboran: libros, recomendaciones y artículos científicos en Materials & Structures

Comités Técnicos relacionados con el ataque químico al hormigón:

Performance of cement-based materials in aggressive aqueous environments (211-PAE)

Alkali aggregate reaction in concrete structures: performance testing and appraisal (219-ACS)

Inicio de actividad: 2003 Publicación sobre aspectos analizados: Final 2011

Aspectos tratados: Ataque externo por sulfatos Ataque por magnesio en agua de mar Ataque por nitrato amónico Ataque por ácidos orgánicos y efluentes agrarios

Performance of cement-based materials in aggressive aqueous environments (211-PAE)

Ataque externo por sulfatos

Aspecto externo del daño:

Microfisuración superficial Pérdida de material Depósitos superficiales

El ataque por sulfatos tiene su origen, de forma general, en la reacción entre los aluminatos procedentes del cemento y los sulfatos presentes en el hormigón. Así mismo pueden producirse reacciones secundarias asociadas con este deterioro, el principal compuesto es la ettringita

Formación de ettringita

3CaO·Al2O3·13H2O + 4(CaSO4·2H2O) + 13 H2O ettringita (expansión

Transformación de monosulfo en ettringita

6CaO·Al2O3·SO332H2O monosulfato cálcico

Reacción de sulfatos alcalinos: Generalmente los sulfatos alcalinos provienen de aguas agresivas. Además, de la acción de los sulfatos se producen reacciones secundarias con los iones alcalinos.

Formación de yeso o ettringita, reacción inicial de la portlandita

Ca(OH)2 Ca(OH)2 + 2Na + + SO4= CaSO4·2H2O + 2 Na + + 2 OH-

sólido disolución sólido disolución yeso secundario (aumento volumen)

Descalcificación del C-S-H

Zonas con distintos tipos y grados de alteración

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

% E

xp

an

sio

n

Tiempo (dias)

RS A1

RS A2

RS B1

RS B2

NRS 1

NRS 2

Ensayo de inmersión en disoluciones agresivas:

Tipo de disolución: SO4Ca - SO4Mg2 – SO4Na2

Concentración de la disolución:

ASTM C1012 33.800 mg/l SO4=

o EH-E: Ataque fuerte > 3.000 mg/l SO4=

o ACI: Altamente agresivo 6.000 -10.000 mg/l SO4=

Performance of cement-based materials in aggressive aqueous environments (211-PAE)

Ataque por magnesio en agua de mar

Reacción de sulfato magnésico: Se produce por la acción de disoluciones acuosas ricas en magnesio.

Reacción de la portlandita para formar yeso o ettringita

Descomposición gradual del C-S-H, formar silicatos hidratados amorfos y/o silicatos hidratados magnésicos

Alteración más rápida del gel C-S-H

Intercambio iónico calcio-magnesio Formación de brucita

Ca(OH)2 Ca(OH)2 + 2Mg 2+ Mg(OH)2 + Ca2+

sólido disolución brucita

Una de las situaciones más habituales es la presencia de agua de mar en contacto con estructuras de hormigón.

Acción de sulfato magnésico

Acción de los cloruros

Intercambio iónico, formación de brucita,… Acción del CaCl2

CaCl2 + C3A + 10 H2O C3A·CaCl2·10 H2O Sal de Friedel (Expansión) Sal de Friedel + SO3 C3A·3CaSO4·32H2O Ettringita (Expansión) Ettringita + CO2 + SiO2 CaCO3·SO4·CaSiO3·15H2O Thaumasita (Expansión)

Acción del CO2

Carbonatación de la portlandita Ca(OH)2 + CO2 + H2O CaCO3 + 2H2O Aragonito o calcita (Recubrimiento)

Performance of cement-based materials in aggressive aqueous environments (211-PAE)

Ataque por ácidos

Probetas con KF-A a los 16 ciclos.

Muestra de control, expuesta a una disolución de ácido al 10%.

Probetas con KF-A a los 50 ciclos.

Acción de los ácidos

Reacciones de neutralización Descomposición del gel C-S-H y de la portlandita Descalcificación de la pasta cementante

Áreas de exposición

Ataque ácido

Ataque por sulfatos

Ataque ácido + Ataque por sulfatos + Acción mecánica

Inicio de actividad: 2006 Diversos documentos para ser publicados

Aspectos tratados: AAR 0: Guía para uso de métodos de evaluación RILEM AAR 1: Análisis petrográfico AAR 2: Método acelerado de barras de mortero AAR 3: Método de prismas de hormigón a 38ºC AAR 4-1: Método de prismas de hormigón a 60ºC AAR 6-1: Guía de diagnosis de estructuras dañadas por AAR AAR 7-1: Minimización de daño por ASR en hormigón AAR 7-2: Minimización de daño por ACR en hormigón AAR 8: Extraction of alkalis from aggregates

Reacción árido silícico y álcalis:

Reacción de la sílice amorfa con los álcalis:

Si-OH + OH- Si-O- + H2O

(Reacción ácido-base)

Si-OH + Na+ Si-OH-Na + H2O

(Neutralización)

Ataque a los puentes siloxano:

Si-O-Si + 2OH- Si-O- + -O-Si + H2O

Árido-álcali: • Fisuración en mapa

• Exudación de geles

• Expansión

Reacción álcali-carbonato (desdolomitización)

1. Desdolomitación:

CaMg(CO3)2 + 2NaOH Mg(OH)2+CaCO3 +Na2CO3

2. Regeneración del hidróxido alcalino

Na2CO3 + Ca(OH)2 2NaOH + CaCO3

Alkali aggregate reaction in concrete structures: performance testing and appraisal (219-ACS)

Análisis petrográfico

Análisis por lámina delgada

Cuarzo

deformado

Cristal

volcánico Chert Calcedonia

Cuarzo Criptocristalino

Cuarzo

microcristalino Tridimita Cristobalita Ópalo

Orden de reactividad de los áridos silícicos:

Alkali aggregate reaction in concrete structures: performance testing and appraisal (219-ACS)

Método acelerado de barras de mortero

Ensayo de barras de mortero Barras de 2,5x2,5x28 cm con índices

80ºC y Na(OH) 1N

14 o 28 días

Límite = 0,20%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5 Endesa Lorca

.C - 100% H.R؛80

Exp

an

sio

n (

%)

Edad (Dيas)

C-1012 CEM I

C-1012 CEM II/A-V

C-1012 CEM II/A-V

C-1012 CEM II/A-V

C-1012 CEM II/A-V

C-1012 CEM II/A-V

C-1012 CEM II/B-V

C-1012 CEM II/B-V

C-1012 CEM II/B-V

C-1012 CEM II/B-V

C-1012 CEM II/B-V

C-1012 CEM IV/A-V

C-1012 CEM IV/A-V

C-1012 CEM IV/A-V

C-1012 CEM IV/A-V

C-1012 CEM IV/A-V

Alkali aggregate reaction in concrete structures: performance testing and appraisal (219-ACS)

Método de prismas de hormigón

Ensayo de prismas de microhormigón Barras de 7,5x7,5x28 cm con índices

38ºC y 100% H.R. y 1,25% de Na2Oeq

1 año

Límite = 0,04%

Alkali aggregate reaction in concrete structures: performance testing and appraisal (219-ACS)

Método de prismas de hormigón a 60ºC

Concrete Performance Test: Barras de 7,5x7,5x28 cm con índices

60ºC y 100% H.R. y 5,5 kg/m3 de Na2Oeq

15 semanas

Límite = 0,03%

Alkali aggregate reaction in concrete structures: performance testing and appraisal (219-ACS)

Extracción de álcalis

Los áridos, además de cuarzo amorfo, pueden tener álcalis: • Feldespatos (Na – K – Na/K) • Extracción en pH elevado • Incremento álcalis en el hormigón

Disoluciones de extracción de álcalis a partir de los áridos: • 1M NaOH (pH = 13,63)

• 1M KOH (pH = 14,13)

• Ca(OH)2 Sat. (pH = 12,07)

• 0,2M NaOH + Ca(OH)2 Sat. (pH = 13,81)

• 0,5M KOH + Ca(OH)2 Sat. (pH = 13,06)

• 0,1M NaOH + 0,6M KOH + Ca(OH)2

Sat. (pH = 13,31)

Disoluciones de extracción de álcalis a partir de los áridos: • Ca(OH)2 sat+ exceso • 0,7N NaOH • 0,7N KOH • 0,7N NaOH + Ca(OH)2 sat y exceso • 0,7N KOH + Ca(OH)2 sat y exceso

Condiciones de ensayo: • Temperaturas: 20ºC – 38ºC – 80ºC – 150ºC • Tiempo de ensayo: 24 h. – 48 h. – 28 d. – 180 d. – 365 d. • Determinaciones: Na2O – K2O – Na2Oeq – Otros iones – pH – Conduc. • % álcalis por masa de árido - % de Na2O eq. en el hormigon

-8,00

-6,00

-4,00

-2,00

0,00

2,00

Título do Eixo

D6 - 0,1 NaOH + 0,6M KOH + Sat. Ca(OH)2

%Na2O %K2O Na2O equiv.

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

Título do Eixo

D3 - Sat. Ca(OH)2

%Na2O %K2O Na2O equiv.

Si extraction

D1

D3

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Si(

pp

m)

S1C3 20؛C

S1C3 40؛C

S2C1 20؛C

S2C1 40؛C

S2C3 20؛C

S2C3 40؛C

S3C3 20؛C

S3C3 40؛C

S3C4 20؛C

S3C4 40؛C

Initial Tras 28 days0

50

100

150

200

250

300

350

400

Si(

pp

m)

S1C3 20؛C

S1C3 40؛C

S2C1 20؛C

S2C1 40؛C

S2C3 20؛C

S2C3 40؛C

S3C3 20؛C

S3C3 40؛C

S4C3 20؛C

S4C3 40؛C

Inicial Tras 28 dيas

Al extraction

D1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Al(

pp

m)

S1C3 20؛C

S1C3 40؛C

S2C1 20؛C

S2C1 40؛C

S2C3 20؛C

S2C3 40؛C

S3C3 20؛C

S3C3 40؛C

S4C3 20؛C

S4C3 40؛C

Inicial Tras 28 days

D3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Al(

pp

m)

S1C3 20؛C

S1C3 40؛C

S2C1 20؛C

S2C1 40؛C

S2C3 20؛C

S2C3 40؛C

S3C3 20؛C

S3C3 40؛C

S4C3 20؛C

S4C3 40؛C

Inicial Tras 28 days

D1

13,0

13,1

13,2

13,3

13,4

13,5

13,6

13,7

13,8

13,9

14,0

pH

S1C3 20ºC

S1C3 40ºC

S2C1 20ºC

S2C1 40ºC

S2C3 20ºC

S2C3 40ºC

S3C3 20ºC

S3C3 40ºC

S4C3 20ºC

S4C3 40ºC

Inicial Tras 28 días

D3

10,5

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

pH

S1C3 20؛C

S1C3 40؛C

S2C1 20؛C

S2C1 40؛C

S2C3 20؛C

S2C3 40؛C

S3C3 20؛C

S3C3 40؛C

S4C3 20؛C

S4C3 40؛C

Initial Tras 28 days

Variación de pH

Alkali aggregate reaction in concrete structures: performance testing and appraisal (219-ACS)

Diagnosis de estructuras dañadas

Prevenir el daño químico al hormigón requiere el conocimiento tanto del mecanismo de reacción como de los factores que influyen en su aparición.

Los métodos de ensayo están basados en estos factores de influencia, pero pueden alejarse de la realidad del hormigón en su ambiente real.

Es importante definir los niveles de requerimiento para distintas clases de exposición, en función de la importancia del riesgo y de las consecuencias de un determinado fallo.