carbonatación concreto hidráulico

Neutralización del Concreto

Expositor Ing. Francisco Ant. Matos Dirocié Consorcio Decoyne

¿Laoxidacióndelasbarrasdeaceroes perjudicial?

Oxidación

El acero reacciona con la humedad formándose una

capa de oxido (ferrato de calcio) que lo protege de

la corrosión, dada su baja permeabilidad.

Esta capa de pasivación puede ser rota o impedida

de su formación por la presencia de cloruros,

nitrito, gas sulfhídrico, catión amonio, óxidos de

azufre, dióxido de carbono o cuando el concreto

baja su pH por el ataque de ácidos o por

carbonatación.

¿ Cualeselmecanismodelconcreto paraprotegerelacero?

Oxidación

La capa de pasivación se mantiene para un pH

superior a 10 y menor a 13; esto para el caso del

acero usado en el concreto, cuyo potencial de

corrosión está en el orden de 0.1 a -0.4 v a 25oC.

Esta película protectora superficial es producto de

la reacción del hidróxido de calcio del concreto con

el herrumbre superficial de la armadura, formando

ferrato de calcio.

¿Quéeslacorrosióndelacero?

Corrosión

Es una interacción destructiva de un metal con

el ambiente, ya sea por reacción química o

electroquímica que provoca su oxidación y

reducción simultánea.

La corrosión es la reacción del metal con el agua

y el oxigeno para producir óxidos/hidróxidos de

hierro, un producto rojizo, voluminoso,

quebradizo y poroso (orín o herrumbre).

¿Alquedarelacerosinprotección siemprehabrácorrosión?

Factores Necesarios

Para que se produzca el fenómeno de corrosión

electroquímica deben existir los siguientes

condiciones:

Existencia de un electrolito

Existencia de una diferencia de potencial

Existencia de oxígeno

Pueden existir agentes agresivos (aceleran

la reacción)

Ánodo y cátodo

Constituyen dos zonas del acero con

diferencia potencial, estas las cuales

buscan el equilibrio a través de un flujo

de electrones de ánodo al cátodo.

El electrolito se descompone

químicamente generando un flujo de

iones que terminan corroyendo y

degradando el ánodo progresivamente.

¿Quépapeljuegalaresistividad eléctricadelconcretoenlacorrosión?

Resistividad eléctrica del concreto

El hidróxido de calcio (Porlandita) es un

compuesto altamente alcalino (pH entre

12 y 13), dando como resultado una

solución con baja resistividad eléctrica y

facilitando el flujo electrolítico entre

ánodo y cátodo que origina la corrosión

del acero. Pero en este rango de pH se

garantiza la permanencia de la capa

pasivadora que protege el acero.

Resistividad eléctrica del concreto

Esta disminuye al aumentar la humedad

del concreto.

Un concreto seco en estufa tendrá una

resistividad del orden de 109 Ωm mientras

que en este concreto húmedo será del

orden de 102 Ωm.

Resistividad eléctrica del concreto

Esta disminuirá tras un aumento en la

relación agua cemento, de la HR, de la

presencia de iones tales como Cl-, SO4--,

H+, entre otros.

La cantidad de sales disueltas

disminuyen proporcionalmente la

resistividad eléctrica.

Carbonatación

Carbonatación del concreto: En este el

dióxido o bióxido de carbono (CO2), al penetrar

en el concreto debido a su contante

movimiento se combina con el agua contenida

en los poros del concreto formando acido

carbónico, este al combinarse con los

hidróxidos del concreto da lugar a la formación

de carbonatos.

Carbonatación

Contracción por carbonatación: Es la

generada en el concreto debido a la perdida

de agua ocasionada por la formación de

carbonatos en el concreto al reaccionar el

bióxido de carbono con los hidróxidos del

concreto y por la disolución de los cristales

cálcicos.

El acido carbónico puede estar

presente en el suelo, las aguas

subterraneas y el aire (CO2).

Un 1% de cal disuelta del concreto

puede representar una disminución de

resistencia de 5%.

Carbonatación

El dióxido o bióxido de carbono (CO2)

se encuentra en el aire en proporción

de 0.03% en ambiente rural, 0.30% en

grandes ciudades y 1.8 en microclimas.

Carbonatación

La lluvia absorbe dióxido de carbono y penetra el

suelo, donde se adiciona otra porción

proveniente del acido húmico diluido por la

descomposición vegetal. El ataque de las aguas

freáticas es similar al del CO2 atmosférico de

acuerdo a la proporción en que se encuentre (10

ppm o menos).

Carbonatación

¿Lahumedaddelconcretoaumentao disminuyelavelocidadde

carbonatación?

Influencia de la humedad en la Carbonatación

Efectos de la Humedad

En casos de baja o alta humedad relativa

la carbonatación puede avanzar varios

mm por año. A mediada que el concreto

esta más seco o en contraposición

aumenta la humedad hacia la saturación,

descrece la posibilidad o velocidad de

ocurrencia.

Efectos de la Humedad

Cuando el concreto se encuentra en

condiciones de servicio que originan su

humedecimiento y secado periódico las

sales son expulsas al exterior originando

un concreto cada vez más poroso y

vulnerable. Las sales al secarse en la

superficie exterior (lixiviación) dejan

unas manchas blancas (eflorescencias).

¿Laspuzolanasreducenla carbonatación?

Adiciones El uso de adiciones puzolánicas al

disminuir el pH del concreto tienden a

aumentar la velocidad de carbonatación

al incrementarse la difusión de CO2.

Estudios realizados en Japón con

diferentes contenidos de humo de Sílice,

independientemente a que estas

redujeron la permeabilidad del concreto,

propiciaron un incremento en la

carbonatación de 100%.

Adiciones

La profundidad o espesor de carbonatación

conocida como frente de carbonatación. Se

expresa normalmente en mm o cm. En la

mayoría de los casos se trata de un valor

medio, no siempre uniforme, principalmente en

los concretos conteniendo agregados gruesos

con tamaños máximos por encima de 19 mm.

Profundidad de Carbonatación

Estimación Profundidad de Carbonatación

Estimación Podemos calcular la profundidad de

carbonatación del concreto mediante el uso de

un factor k el cual toma en cuenta los

fenomenos que influyen sobre la velocidad de

carbonatación de un concreto dado (relación

A/C, contenido de cemento, tipo de curado,

entre otros).

P = k x t

Esta fórmula esta basa en la ley de Fick, ley

que rige el comportamiento de los procesos de

difusión.

Estimación

P = k x t

Donde:

P: Profundidad de carbonatación (mm)

t: Tiempo de exposición (años)

k: constante de “calidad” del concreto (coeficiente de carbonatación)

K = 1/M (2 x D x Cs)1/2

Donde:

D: Coeficiente de difusión efectiva del CO2

Cs: Concentración de CO2 sobre la superficie externa del concreto (en

moles por unidad de volumen de aire)

M: Número de moles de CO2 necesarios para carbonatar un volumen

unitario de concreto

Estimación

Ensayos

Se puede determinar la profundidad de

carbonatación por medido de un análisis

microscópico según estándar ASTM

C856 “Petrographic examination of

hardened concrete” usando prismas de

Nicol y luz polarizada con aumento de

200 a 400x, difracción de rayos x, el uso

de reveladores colorimétricos, entre

otros.

Ensayos

Se pueden utilizar con éxito, indicadores químicos a

base de fenolftaleína, timolftaleína, o sus equivalentes

comerciales, que muestren el cambio de pH entre 8 y 9.

Cualquier determinación de esa naturaleza, tiene un

carácter destructivo, se debe evitar realizarla sobre

concretos aserrados, mojados en exceso, con polvo

depositado o con la superficie expuesta al aire por más

de 15 minutos.

Ensayos

Lo ideal es quebrar un pedazo y aplicar inmediatamente

la solución indicadora, mediante la utilización de

aspersores.

El pH de cambio de color de la fenolftaleína es de 8,2 a

9,8, debajo de esta franja es incoloro y arriba de la

franja se presenta un color violeta rojizo. El pH de

cambio de color de la timolftaleína es de 9,3 a 10,5,

debajo de esta franja es incoloro y arriba de la franja se

presenta un color azul oscuro.

Revelador: La solución se puede obtener

con 1 g de fenolftaleína o timolftaleína

disuelta en 99 g de alcohol, pudiéndose

en el caso de la fenolftaleína, preparar

una solución más práctica y económica

con 49 g de alcohol y 50 g de agua.

Ensayos

¿Conociendolaprofundidadde carbonatación,comosabercuando

alcanzaráestaelacero?

Conociendo la profundidad de

carbonatación “P” y la edad de la

estructura “t” despejamos y obtenemos el

valor de la constante de carbonatación

“k” de la siguiente expresión:

P = k x t

k = P / t

Determinado el valor del coeficiente “k”,

despejamos en la ecuación el tiempo de

exposición “t” y sustituimos la

profundidad de carbonatación “P” por el

espesor de recubrimiento “er”:

P = k x t

t = (P / k)2

t = (er / k)2

Retracción Por Carbonatación e Influencia de la Humedad Relativa

¿El concreto que ha bajado su alcalinidad podría realcalinizarse?

El concreto puede ser realcalinizado

colocando una capa de mortero alcalino

sobre este, cuando la carbonatación ha

sido limitada (<10 mm). El proceso de

difusión para la realcalinización tarda al

rededor de un semana.

Recuperación

Ensayos

Ensayos

-Algunos estudios para medir la carbonatación

están basados en realizar mediciones

comparativas entre retracción total de prismas

comparañeros (ASTM C157) en humedad

relativa entre 55 y 75% en igualdad de

condiciones, salvo que unos estarán en

contacto con aire con CO2 y otros en aire sin

CO2, la diferencia en las contracciones será

aquella producto de la carbonatación (se han

usado con éxito cámara aceleradas de

carbonatación).

Carbonatación Un concreto

carbonatado puede

aumentar

significativamente la

dureza superficial del

concreto, por la cual

algunos métodos de

ensayos pueden

arrojar datos

erróneos en cuanto a

la calidad del

concreto.

Carbonatación La resistividad eléctrica es disminuida

por efecto de la carbonatación, esto debe

ser tomado en cuanta al momento de

seleccionar la porción de la muestra a

ensayar y al analizar resultados de

algunos ensayos.

Carbonatación

???

Medidas

-Uso de concretos de baja relación agua/cemento

-Cemento con elevado contenido de C3S

-Protección contra la humedad

-Aumentar el tiempo de curado (mínimo 7 días)

-Recubrimientos de protección superficial

- Protectores de barras de acero (ACI 515)

-Mejorar el acabado superficial

-Aumento de la capa de recubrimiento del acero

Cámara Climática

Con el propósito de reproducir

microclimas las caras climáticas dan

indicios de la susceptibilidad de los

concretos a carbonatarse bajo

condiciones predeterminadas.

Cámara Climática

- En estas se acelera el proceso de

carbonatación al aumentar la

concentración de CO2 (posibilidad

hasta 7%), tomando en cuenta que el

tiempo es inversamente

proporcional a la relación de la

concentración de CO2 en ambos

ambientes:

T1xCs1 = T2xCs2

Cámara Climática

Los prismas son curados

durante 3 a 7 días, dejados al

aire durante 100 día a

temperatura de 27oC y HR de

67%, para lograr un concreto

más maduro y obtener el

equilibrio entre las condiciones

de humedad relativa y

temperatura ambiente entre el

exterior y el interior de los poros

del concreto.

Carbonatación

Carbonatación

Carbonatación

Carbonatación

Carbonatación

Muchas Gracias