Ataque quimico al concreto

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Ataque quimico al concreto

  1. 1. ATAQUE QUIMICO AL CONCRETOINTRODUCCIONLos concretos constituidos con materiales apropiados convenientemente proporcionados y bienconsolidades, aseguran la durabilidad de las construcciones. Al efecto, además de las estructurasconstruidas durante el antiguo Imperio Romano, edificaciones contemporáneos con más de 100 años deantiguedad, brindan testimonio de la durabilidad dad del concreto. Sin embargo, a la par del desarrollotecnológico que permita utilizar cementos de mejor calidad y concretos relativamente impermeables, lacontaminación que se acrecienta producto de nuestra época, ofrece nuevos retos a la ingeniería,En los últimos 50 años se ha producido una importante cantidad de trabajos e investigaciones sobre elataque químico al cemento y al concreto; que han sido recuperados en nutridos análisis bibliográficos.Sin embargo, e 1 conocimiento alcanzado no guarda relación con la magnitud del esfuerza.En general se aprecia falta de correlación en las investigaciones que en su mayoría dirigen en dosvertientes : sea desde un aspecto científico privilegiando las reacciones con que ocurren en la matrizorientados principalmente por químicos 0 se llevan con criterio tecnológico, dando importancia a lacompacidad del material y considerando la cinética de la penetración del agua y de los gases en laestructura del concreto.CLASIFICACIONESLa alteración química del concreto puede ser de carácter intrínseco o extrínseco, según se deba a lareacción de sus componentes o se origine por agentes externos.La descomposición del concreto puede presentarse por:- Acción del suelo y del agua : de la napa freática, de ríos y del mar que toman contacto con lasestructuras.- Fluidos que circulan en canalizaciones o tuberías de concreto.- Líquidos o materias secas pulvurulentas que son almacenados en reservorios o silos.En Cuanto a la forma corno se presenta el ataque químico, este puede darse:1. En profundidad.- a través de los canalículos del concreto poco compacto, por las microfisuras decontracción o los vacíos que se encuentran en concretos mal dosificados. Este tipo de ataque esel más peligroso en cuanto altera la estructura misma del concreto, es de difícil control y muchasveces imposible de corregir cuando es detectado.El ataque en profundidad se puede presentar en dos formas :1 Exposición en el ciclo organizado por el ACI, Capítulo Peruano sobre Corrosión en Estructuras de Concreto
  2. 2. a. Disolución de compuestos solubles en el agua que se propaga en el interior del concreto, como es elcaso de las aguas ácidas, que pueden provocar el debilitamiento de la estructura de la pasta decemento.b . Expansión que se debe a los compuestos débilmente solubles, que se forman en el interior delconcreto y que dan origen al crecimiento de cristales, que originan una presión capaz de llevar ala ruptura de la estructura. Este es el caso de los sulfatos, que dan forma a cristales expansivoscomo la etringita y la thaumasita.2. Superficial.- que actúa como una forma de erosión en los concretos bien compactados. Su accióndestructiva es menor y es posible tomar medidas que detengan la degradación del material.La comisión de RILEM que estudia la resistencia del concreto del ataque química ha agrupado en laTabla Nº 1 que reproducimos, las sustancias agresivas del concreto. El ataque químico se puedeproducir con la acción de ácidos, sales o bases.TABLA Nº 1- Agua Dulce- ÁcidosÁcidos Minerales Ácidos OrgánicosÁcido Brómico Ácido acéticoÁcido Carbonico Ácido fórmicoÁcido Clorhídrico Ácido húmicoÁcido Crónico Ácido láctico FenolÁcido fluorhídrico Ácido tánicoÁcido sulfurado Ácido butíricoÁcido nítrico Ácido úricoÁcido fosfórico Micro organismosÁcido sulfúricoÁcido sulfurosoEl ataque por los ácidos que se pone de manifiesto por una destrucción superficial, en general uniforme,del hormigón. La destrucción es tanto más rápida cuanto más alta es la relación agua – cementoconsiderada, sea que ella haya sido elegida, sea que ella alcanza ese valor por una razón cualquiera. Lapasta de cemento así como la mayor parte de los agregados son atacados por los ácidos. Se tratageneralmente de los ácidos de materias alimenticias tales como los de las grasas, la manteca, la leche ylas frutas, a los cuales muchas veces no se les presta atención.
  3. 3. Explicaciones relativas a la tabla:1.- Grado de Nocividad0- ninguna1- acción muy débil2- acción débil3- ataque neto
  4. 4. 4- peligroso5- muy peligroso♣- en presencia de humedad, acción sensible, sin ser débilConcreto resistente a los químicosEl concreto para una aplicación específica involucra la selección apropiada de la combinación decemento, agregado, adiciones y aditivos. Los químicos que atacan fácilmente al cemento incluyen lassoluciones de ácidos, sales de amonio, sales de magnesio, sulfatos, sulfitos y tiosulfatos. La tasa delataque depende de los químicos y su concentración, la composición del cemento y la permeabilidad.El cemento portland es altamente alcalino (pH 12) y por eso es fácilmente atacado por todos los ácidos.Los ácidos disuelven la pasta de cemento hidratado en el concreto causando desintegración,desmoronamiento, corrosión del refuerzo y pérdida de la resistencia del concreto. Mientras más alta es laconcentración de ácidos, más vigoroso es el ataque, aunque existen excepciones tales como en el casodel ácido sulfúrico. Los ácidos inorgánicos son más agresivos que los orgánicos; la acción de los últimosdepende más de la solubilidad de sus sales de calcio que del pH.IngenieríaProtección de tubería e infraestructurasLa Asociación Alemana del Agua y de Aguas Residuales (DWA) presentóhace unos años un interesante informe de los daños y gastos, a corto omediano plazo, para reparar problemáticas de las plantas detratamiento del sistema de aguas de ese país.
  5. 5. Para 2004, el Informe señalaba un gasto deaproximadamente 55 mil millones de euros. Esa cantidad es parecida al pensaren reparar los sistemas de tratamiento del agua en el sector privado (domésticoe industrial). Y una de las causas mayores de daño es la corrosión de losmateriales de construcción por las sustancias químicamente corrosivas.Corrosión en los sistemas de aguas residualesLos sustancias químicamente corrosivas que tienden a dañar las plantas detratamiento de aguas producidas por materiales usados internamente(contenido de agua residual o corrosión ácida biogénica), y externamente(sustancias corrosivas en aguas subterráneas o el mismo suelo o los sitioscontaminados) son sustancias inorgánicas (aniones, cationes, ácidos, bases) uorgánicas (carbonos alifáticos, aromáticos o halogenados y ácidos orgánicos).Se puede decir que, en general, las sustancias inorgánicas tienden a dañar losmateriales minerales inorgánicos, como el concreto, mientras que las orgánicastienden a dañar principalmente los materiales orgánicos, como los plásticos. Lassustancias más dañinas encontradas en las plantas de tratamiento de aguas sonel ácido sulfúrico, en el caso del concreto, y los carbonos halogenados yaromáticos, en el caso de los plásticos.El acido sulfúrico se origina en thiobacilli en espacios de gas en las paredes delas plantas de tratamiento de aguas. Los thiobacilli convierten los componentesorgánicos de las aguas residuales que liberan gas H2S, en ácido sulfúrico
  6. 6. durante el proceso de fermentación. Por su parte, los carbonos halogenados yaromáticos puedenllegar a las aguas residuales industriales o domésticas, o producirse en sitioscontaminados. A fin de prevenir la corrosión y/o proteger las tuberías einfraestructuras, puede aplicarse concreto de alta resistencia (concreto lanzado)o sistemas de prevención de la corrosión en construcciones nuevas o entrabajos de reparación.Concreto de alta resistenciaEl concreto puede ser gravemente dañado por el ácido. Dado que los aditivosgranulares del concreto son generalmente insolubles, el ácido atacaprincipalmente la matriz de cemento. Los ácidos pueden disolver prácticamentetodos los componentes de la matriz de la pasta de cemento endurecida, en susfases CSH, Ca (OH)2. El hidróxido de calcio Ca(OH)2, producido cuando alhidratarse el cemento Portland se disolverá fácilmente en el ácido. Cuando sehidrata el cemento, el hidróxido de calcio tiende a cristalizarse en aquellas áreasque con anterioridad habían sido penetradas por agua, y también en lasuperficie de los granos. De esta manera, se crea una estructura en redtridimensional de Ca(OH)2 que penetra todo el concreto. Las fases CSH y losgranos de clinker son negros: el Ca (OH)2 aparece en amarillo brillante.Si el hidróxido de calcio es disuelto con ácidos, el ataque penetrara rápidamentepor las vías de acceso hacia el interior de la matriz de los ligantes. Al principio,se producirá un daño profundo en el concreto: esto es prácticamente invisible asimple vista. En el caso de la corrosión por ácido sulfúrico biogénico, en unasegunda etapa los sulfatos del ácido sulfúrico penetrarán a lo largo de las víasdel Ca(OH)2 disuelto en el concreto y procederán a destruir el concreto en unataque agresivo.La matriz de concreto dañada porel ácido sulfúrico biogénico (H2S04), tiene así sus primeras líneas de ataque
  7. 7. que causan daños. En la primera línea, la matriz de concreto, tal como se havisto en la superficie dañada, es totalmente destruida por un ataque dedisolución (H+) y por un ataque de expansión (SO42+). La capa totalmentedestruida es fácil de eliminar físicamente, si de hecho no desapareceespontáneamente.Una segunda línea de ataque, más profunda, es invisible a simple vista, y puedeverse sólo a través del microscopio. Dentro de esta segunda capa, el ácido hadañado simplemente la matriz de concreto con el ataque de disolución. Ladurabilidad física de esta capa se conserva considerablemente, ya que aún nose ha producido, o casi no se ha producido, un ataque agresivo. Si sólo seelimina el concreto de la primera línea dañada durante una reparación y seaplica una capa protectora, las medidas de reparación o remediadoras amenudo sólo tienen éxito a corto plazo, ya que el sulfato de la primera líneadañada será reactivado si se usa un chorro de agua de alta presión; esteproceso puede alcanzar la segunda línea frontal dañada en la estructura de lamicro fisura.Podemos formar así etringita o yeso, que conducirá a un ataque agresivo bajo elreperfilado o recubrimiento. De esta forma, la unión de la capa protectora oreperfilado puede quedar comprometida. Por estos motivos, para lograrmedidas de restauración acertadas es fundamental examinarmicroscópicamente la profundidad de ambas líneas dañadas y eliminar en sutotalidad el concreto dañado.Puede lograrse una durabilidad suficiente de hasta un valor de pH de aprox. 3,5a 4, usando un concreto de alta resistencia, concreto lanzado para nuevaconstrucción o en trabajos de reparación en que la estructura de Ca(OH)2, seaen gran medida transformada en las fases más resistentes de CSH mediante eluso de aditivos hidráulicos latentes o puzolánicos, como escoria granulada,ceniza volante o microsílice. Así, se logra la máxima densidad mediante laoptimización granulométrica.La durabilidad de estos tipos de concreto es de alrededor de 5 a 20 vecessuperior a los concretos "normales" basados en el cemento Portland con unaalta resistencia al sulfato; su duración de vida aumenta proporcionalmente. Porencima de todo, el daño profundo en la matriz de ligante ya no ocurrirá con elconcreto de alta resistencia. Así, la profundidad del daño al concreto de altaresistencia corresponde al daño visible. La probeta casi no afectada contieneaditivos puzolánicos.La siguiente probeta –completamente destruida– estaba hecha sólo de cementoPortland. Sin embargo, allí donde hay corrosión severa de ácido sulfúrico
  8. 8. biogénico, pueden alcanzarse valores de pH de hasta 0,5. Comparado con elvalor de pH natural del concreto (aprox. 12,6 en caso del cemento Portland),esto representa aproximadamente una concentración de ácido de diez milmillones superior (Concentración H+). En estas condiciones, el concreto dereperfilado o concreto lanzado requiere una protección suplementaria contra elataque adicional del ácido sulfúrico mediante un sistema de protección de lacorrosión.Sistemas de protección de la corrosiónLos principales sistemas de protección de la corrosión están basados enplásticos (capas, revestimientos, rellenos sólidos) o gres (revestimientos,rellenos sólidos). Los plásticos son generalmente resistentes a las sustanciasinorgánicas como las sales y los ácidos. Las sustancias inorgánicas oxidantesson una excepción, sobre todo los ácidos oxidantes: los ácidos oxidantesinorgánicos también dañan los materiales orgánicos (plásticos) en gran medida.El ácido sulfúrico biogénico es un ácido que se oxida suavemente. El ácidonítrico, que puede aparecer en el agua residual con un alto contenido ennitrógeno a través de bacterias de nitrificación en la planta de tratamiento deaguas, es un ácido muy oxidante.Cuando los ácidos sulfúrico y nítrico se producen conjuntamente, la mezclaácida tiene una acción de oxidación muy potente. Por lo tanto, antes de elegirun sistema de protección de la corrosión basado en plásticos, debería verificarseen todos los casos si se produce o no ácido nítrico, o si podría producirse,conjuntamente con el ácido sulfúrico. Además, antes de elegir un sistema deprotección de la corrosión, debe verificarse si podrían o no aparecer mediosorgánicos en las áreas que deben ser reparadas.Hay muchos medios que ofrecen lamisma resistencia química de los plásticos a las sustancias orgánicas. En estosmedios, la durabilidad de un plástico en particular se indica generalmente con
  9. 9. términos tradicionales como "buena", "moderada" o "reducida". Dado queraramente se declara el procedimiento de pruebas es, por lo general, difícilevaluar las informaciones. Además, la misma clasificación genérica (poliéster oepóxido) podría incluir plásticos con características de resistencia químicavariadas. Así pues, no es factible una evaluación general precisa de la acciónquímica de las sustancias orgánicas en sistemas orgánicos. En consecuencia, lossistemas de protección de la corrosión tienen que ser probados en sudurabilidad usando las sustancias orgánicas realmente supuestas y que seencuentran en el sitio. Esto se aplica en particular cuando podrían estarpresentes carbonos halogenados o aromáticos. Muchos plásticos se disolvieronen contacto con los carbonos halogenados o aromáticos en cuestión de horas odías, incluso en espacios de gas. Lo mismo puede decirse para losrevestimientos hechos de gres o cristal que contienen plásticos como sellador,ya que la durabilidad de los sistemas vendrá determinada principalmente por laresistencia especifica del material sellador mismo. Cabe subrayar, que loscomponentes de construcción (tubos) fabricados con cerámica o cristal sonresistentes a prácticamente todos los medios corrosivos encontrados en lasplantas de tratamiento de aguas. cFoto: www.flickr.com-photos-mojoey.com.

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