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. / Durability properties of reinforced concrete are important because the protection
that the concrete confers to the steel bars. In addition, being a physical barrier that blocks
the entry of aggressive agents. Concrete has a high alkalinity that creates a passivating
layer on the surface of the steel that keeps it unchanged as long these conditions are not
modified. The high alkalinity of concrete is mainly due to calcium, sodium and potassium
hydroxides, formed during the hydration of the cement.
Natural chemical or physical processes can cause that the alkalinity decrease of
concrete. Chemical reaction of dissolved phases with atmospheric CO2 called carbonation
produces a decrease in pH, which, if it reaches the armadura, can lead to destruction of the
passive layer of the steel and widespread corrosion of the steel. The main product of the
carbonation reaction is calcium carbonate. Its stability up to temperatures above 600 ° C,
fixes CO2 irreversibly under normal conditions of pressure and temperature. The
circulation of water through the hardened concrete causes the leaching of calcium hydrated
products, reducing alkalinity, and this is a physical phenomenon.
Concrete carbonation depends by factors related to the characteristics of the
concrete and the exposure environment, in particular the atmospheric concentration of
CO2. On the other hand, the constant variation of the cements composition and the
environmental conditions, mainly the increase in CO2 emissions, rise to a greater
complexity for the prediction of useful life using mathematical models. In Argentina,
numerous studies have shown that there is a high percentage of concrete structures affected
by corrosion, being carbonation the cause in most cases.
Numerous studies seek to advance in the prediction of the useful life of concrete
structures. Some analyze the relationship between the natural carbonation of concrete and
the corrosion of steel, proposing various models (probabilistic, statistical, analytical, etc.)
to predict the penetration front of pH, where in the most cases are focused on the CO2
diffusion process.
In Argentina, the most frequent pathology in concrete structures is carbonation
corrosion. According to the classification of the CIRSOC 201 Regulation for exposure
environments that can cause corrosion pathologies, most of the Argentine territory is
within the carbonation corrosion classification except for the Atlantic coast that is
classified as a marine environment, corrosion by chlorides although there is also
carbonation.
Carbonation process it is with slow speed, this is why it is difficult to obtain short term results in laboratory to evaluate the different variables included in the models. In
recent years, accelerated carbonation methods are used, and there are disparate criteria
regarding the test conditions, particularly CO2 concentration, parameter that needs to be
increased to accelerate the process. In addition, the hygroscopic state of the samples,
percentile of test humidity and duration of the test, etc. making difficult to compare the
results with those obtained in a natural environment.
At the local level, the use of accelerated methods for the qualification of concrete or
component materials is very frequent. An example of these tests are: the test of mortar bars
or concrete prisms for the determination of the expansion by the potential reaction of
alkalis of the cement and the reactive aggregates (ASR), the ethylene glycol immersion
stability test of basalt aggregates, the diffusion of chlorides and the capillary suction test,
among others. It has been shown that the behavior of concrete structures subjected to real
aggressive conditions is not linearly. This is because these results are obtained in
accelerated tests, but accelerated methods can be useful for the validation of the material
but not for its rejection.
The results obtained have made it possible to understand that the effects of
environmental CO2 in concretes made with different cements are strongly linked to the
formation of CaCO3 from Ca (OH)2 and CSH. Depending on the a/mc ratio and the Ralc,
the CO2 will begin to deplete the Ralc, therefore the lower the Ralc content the greater the
depth in concretes with a/mc and similar compressive strength.
Validation of the accelerated carbonation method was obtained under certain test
conditions, allowing the accelerated speed (Kac) to be correlated with that of the natural
process (Kn). This will allow to determinate the minimum concrete cover according to the
type of cement in concordance with the design useful life. Particularly in Argentina, the
accelerated carbonation test can be adopted as a prescriptive test, such as the alkali silica
reaction (ASR), the stability against ethylene glycol, the diffusion of chlorides, the speed
of capillary suction, etc
In addition, the results obtained have clarified some of the relationships between
the deep carbonation profile and the combination of the CO2, phenomenon than not always
happen together. Similar amounts of CO2 adsorbing during the carbonation process could
be correlated by different deeps that depend of the relative humidity, the time, the
concentration of the CO2 ambient, the w/mc ratio and the type and content of cement
(alkali reservation).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uns.edu.ar/oai:repositorio.bc.uns.edu.ar:123456789/5995 |
| Date | 22 April 2022 |
| Creators | Iloro, Fabián Horacio. |
| Contributors | Ortega, Néstor F., Traversa, Luis P. |
| Publisher | Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería |
| Source Sets | Universidad Nacional del Sur |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
| Format | application/pdf |
| Rights | 2 |
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