Si el concreto estará expusto a químicos agresivos en un ambiente natural o industrial, ¿qué papel pueden jugar los aditivos para mejorar el rendimiento del concreto?Los aditivos mejoran significativamente el rendimiento para algunas, pero no para todas las exposiciones.Las estrategias para incrementar la vida de servicio de las estructuras expuestas a ataques químicos deben estar basadas en las mejoras en el rendimiento que puedan razonablemente esperarse cuando se usan aditivos diferentes.

La Baja Permeabilidad es Clave para la

Resistencia Química

El ataque de químicos casi siempre ocurre cuando los químicos están en solución.Puesto que estas soluciones pueden penetrar profundamente en el concreto, la producción de concreto de alta calidad y baja permeabilidad es la primera línea de defensa.El control del agrietamiento es también una importante medida defensiva para limitar la exposición interna del concreto a químicos agresivos.

Los aditivos reducen la permeabilidad del concreto de varias maneras.

Permitir el uso de una menor relación agua/cemento

Hacer que el concreto se consolide más fácilmente

.Convertir productos solubles de hidratación en unos insolubles

Llenar los vacíos dentro de la matriz de la pasta de cemento

Reducir la contracción, reduciendo así el potencial de agrietamiento

El grado en el cual la menor permeabilidad mejora la vida de servicio del concreto en un ambiente de químicos agresivos depende en gran medida del tipo de químicos y su concentración. En la siguiente discusión, nosotros trataremos de las formas más suaves de ataque químico hasta las más severas.

Lixiviación

La lixiviación es una forma suave de desarreglo que ocurre cuando el agua disuelve componentes en el concreto. El cemento portland hidratado contiene hasta 25 % a 30 % de hidróxido de calcio, Ca(OH)2, el cual es soluble en agua. Este componente, con mucha probabilidad, será lixiviado desde el concreto. Debido a que el hidróxido de calcio es más soluble en agua fría, el agua que viene de los riachuelos de las montañas o de presas es más agresiva que el agua más caliente (Ref. 1).

La lixiviación produce una apariencia arenosa en las superficies expuestas de concreto de los revestimientos de canales, canalones, o tuberías. Si el agua pasa a través de grietas o juntas, la lixiviación también puede erosionar el concreto interno. En el concreto poroso, con una alta relación agua-cemento, la lixiviación puede remover suficiente hidróxido de calcio para reducir la resistencia del concreto. Sin embargo, generalmente es sólo un problema cosmético.

Los aditivos pueden ayudar a controlar la lixiviación a trvés de dos mecanismos: recuciendo la permeabilidad y convirtiendo el hidróxido de calcio soluble en hidróxido de silicato de calcio insoluble (CSH). Las clases de aditivos que reducen la permeabilidad incluyen reductores de agua, superplastificadores, y agentes inclusores de aire. Bajo la mayor parte de las condiciones, el uso de estos aditivos en una proporción apropidad, el concreto bien consolidado controla adecuadamente la lixiviación.

Los aditivos tales como el humo de sílice u otros materiales cementantes complementarios con propiedades puzolánicas reducen la permeabilidad y comvierten algo del hidróxido de calcio en CSH insoluble.Cuando se espera lixiviación más severa, el costo adicional de un aditivo de humo de sílice puede estar justificado.

Ataque de sulfatos

El concreto que está expuesto a sulfatos, usualmente en el suelo o en aguas freáticas, puede desintregrarse en solo unos cuantos años debido a una reacción física o química, o ambos. El concreto sometido a suelos secos conteniendo sulfatos, no será atacado. Pero puede ocurrir desintegración severa si el concreto inapropiadamente proporcionado es expuesto agua conteniendo sulfatos disueltos, o a alternancia frecuente de mojado y secado por las aguas con sulfatos (Ver foto en la Pág. 541).

< En vez de destruir el concreto disolviendo los componentes, los sulfatos reaccionan químicamente con otros componentes para formar un mineral expansivo que descompone el concreto. Debido a que el hidróxido de calcio es uno de los componentes involucrados en la reacción, la resistencia a sulfatos puede mejorarse convirtiendo este componente en el CSH químicamente más resistente. Cuando existen frecuentes cíclos de mojado y secado en un ambiente con sulfatos, la desintegración también puede ser causada por el crecimiento de cristales de sales de sulfato, que es un fenómeno físico (Ref. 2). Ya sea que el mecanismo de desintegración sea químico o físico, la permeabilidad reducida mejora las resistencia a sulfatos no permitiendo la entrada de soluciones de sulfatos.

El humo de sílice es muy efectivo para mejorar la resistencia a sulfatos, convirtiendo el hidróxido de calcio en CSH. Otras puzolanas, tales como ceniza volante, pueden también mejorar la resistencia a sulffatos, pero es necesario tomar algunas precauciones. Debido a su bajo contenido de calcio, la ceniza volante de Clase F es más efectiva que la Ceniza volante Clase C paran mejorar la resistencia a sulfatos. Sin embargo, algunos tipos de ceniza volante Clase F con un alto contenido de alúmina, no son efectivos para mejorar la resistencia a sulfatos. La ceniza volante de Clase C con bajo contenido de calcio, con frecuencia es efectiva, pero la ceniza volante de Clase C con alto contenido de calcio con frecuencia es inefectivo y puede disminuir la resistencia a sulfatos. En general, se logran los mejores resultados si la ceniza volante se agrega al concreto en vez de usarse como un reemplazo del cemento (Ref. 1).

Los aditivos inclusores de aire mejoran la resistencia a sulfatos, principalmente debido a que la inclusión del aire permite una menor relación agua-cemento que disminuye la permeabilidad (Ref. 3). Por la misma razón, los aditivos reductores de agua también mejoran la resistencia a sulfatos, permitiendo relaciones de agua cemento de 0.45 o más bajos, para exposiciones severas, sin sacrificar la trabajabilidad. Evite el uso de aditivos reductores de agua que contengan cloruro de calcio, ya que las bajas concentraciones de cloruros disminuyen la resistencia a sulfatos (Ref. 1l).

Además de usar aditivos para incrementar la resistencia a sulfatos, otras estrategias efectivas incluyen:

El uso de cemento Tipo II o Tipo V

Uso de cementos con bajo contenido de cal (conteniendo menos silicato tricálcico, lo que produce hidróxido de calcio cuando se hidrata, y más silicato dicálcido)

Incrementando el contenido de cemento

.Extendiendo el período de curado para reducir la permeabilidad.

Ataque de ácidos

El concreto de cemento portland no resiste bien los ácidos.Sin embargo, la velocidad con que los ácidos destruyen el concreto depende de:

.La resistencia a ácidos y su concentración

Temperatura de la solución del ácido

Condiciones de exposicón - soluciones ácidas estáticas o movibles

.Solubilidad de productos de reacción

Los ácidos sulfúrico, hidroclorídrico y nítrico, son fuertes y altamente agresivos. La agresividad se incrementa al incrementar la concentración y la temperatura del ácido. Las soluciones movibles son más agresivas que las soluciones estáticas, debido a que constantemente nuevo ácido llega a estar en contacto con el concreto. Y los acidos que forman productos solubles de reacción, generalmente son mas agresivos que los ácidos que forman productos insolubles de reacción (Ref. 1).

El ácido ataca al concreto disolviendo los productos de hidratación del cemento o a través de reacciones químicas ácido-base. El hidróxido de calcio, el producto de racción que se disuelve más rápidamente, es atacado aún por las concentraciones suaves o bajas de soluciones de ácido.Los ácidos más fuertes y más concentrados atacan a todos los hidratos de silicato de calcio.

Puesto que ningún concreto de cemento portland es totalmente inmune al ataque de ácidos, los aditivos pueden usarse sólo para disminuir la tasa de deterioro.Los aditivos reductores de agua, incluyendo los superplastificadores, reducen la relación agua-cemento, y por lo tanto, la permeabilidad.Sin embargo, a medida que el concreto se deteriora, nuevas superficies están expuestas al ácido, especialmente cuando los productos de la reacciión son solubles. Los ácidos oxálico y fosfórico forman productos de reacción insolubles que no se pueden quitar fácilmente. Para los concretos expuestos a estos ácidos, al reducir la permeabilidad con aditivos tales como reductores de agua o puzolanas, se puede incrementar la vida de servicio.

También se ha usado humo de sílice para mejorar la resistencia al ataque de ácidos, convirtiendo el hirdóxido de calcio en CSH, y reduciendo la permeabilidad del concreto. En un estudio, dosis de humo de sílice de hasta 30 % en peso del cemento inmcrementó la resistencia del concreto a algunos ácidos.Se mojaron alternativamente cilindros de concreto de 3 pulg de diámetro y 6 pulg de alto en una solución de ácido por varios días. Después se secaron durante 7 días antes de volver a sumergirse en una solución fresca (Ref. 4). El criterio de falla fue una pérdida de peso del 25%. Los cilindros hechos con 30 % de humo de sílice y empapados en una solución al 5 % de ácido acético no habían fallado todavía después de 60 ciclos. Y una dosis de 15 % de humo de sílice fue suficiente para lograr que los cilindros soportaran 50 ciclos en una solución de ácido fórmico del 5 % sin fallas.

Sin embargo, inclusive las grandes dosis de humo de sílice no mejoraron marcadamente la resistencia ácidos. Los cilindros conteniendo 25 % de humo de sílice fallaron después de sólamente 5 ciclos en un solución de ácido sulfurico del 5 %, y los cilindros con 30 % de humo de sílice soportaron únicamente 32 ciclos en una solución de ácido sulfúrico del 1 %.

Eligiendo la Mejor Estrategia del aditivo

Al reducir la permeabilidad del concreto con reductores de agua, puzolanas o ambos, se incrementa la resistencia al ataque químico. Los aditivos de humo de sílice son particularmente efectivos debido a que a altas tasas de dosificación, ellos pueden convertir la mayor parte del hidróxido de calcio en el CSH químicamente más resistente. Sin embargo, en algunas exposiciones químicas, inclusive el concreto con una alta dosificación, se deteriora tán rápidamente que la elevada tasa de dosis no proporciona beneficios palpables.

Antes de decidir el uso de una combinación de aditivos para mejorar la resistencia a químicos, se sugiere las pruebas en servicio (Ref. 4). Las pruebas de diferentes combinaciones en instalaciones existentes, pueden proporcionar datos que ayudarán a cuantificar los efectos del aditivo en el rendimiento. Después los datos pueden usarse para determinar si algún incremento en la vida de diseño del concreto es lo suficientemente significativo para justificar el costo agregado del aditivo usado.

FOTOS

1 El concreto expuesto a sulfatos en el suelo o en aguas freáticas puede desintegrarse en sólo unos años. Los aditivos reductores de agua e inclusores de aire disminuyen el ataque de sulfatos, reduciendo la permeabilidad. Las puzolanas convierten el hidróxido de calcio en un hidrato de silicato de calcio químicamente más resistente, reduciendo al mismo tiempo la permeabilidad.

Este concreto se deterioró cuando se expuso a soluciones de ácidos en una planta industrial. Los aditivos pueden incrementar la vida de servicio del concreto expuesto a ácidos suaves, pero los ácidos fuertes atacan rápidamente aún el concreto de cemento portland de alta calidad.

Referencias

1. G.W. DePuy, "Chemical Resistance of Concrete"