Reacción álcali

ATAQUE QUIMICO
Procesos que forman compuestos expansivos
Según sus manifestaciones se pueden clasificar en:
Procesos que se originan en la superficie del
hormigón
- Ataque externo de sulfatos debido al contacto de
un medio que contiene sulfatos.
Procesos que se originan en el interior del
hormigón
- Ataque interno de sulfatos debido a la formación
de etringita diferida.
- RAS.
Reacción álcali-sílice (RAS)
Se produce entre los agregados con sílice reactiva y los
álcalis presente en el hormigón.
- El producto de la reacción es un gel expansivo que
conduce a la fisuración del hormigón.
- El gel que rellena las fisuras presenta distintos colores,
ámbar, caramelo, marrón brillante y blanco cuando se
carbonata.
- El patrón de fisuración depende del tipo de estructura
(geometría de la pieza de hormigón, presencia de
armadura, etc.). Es común observar en la superficie del
hormigón fisuras que parten desde un punto y se
orientan a 120º.
Condiciones necesarias para que se produzca la RAS
RAS
suficiente
humedad
Mecanismo de la Expansión
agregado reactivo
solución de
poros
pasta de cemento
agregado reactivo
gel sílico-alcalino
Condiciones necesarias para que se produzca la RAS
Agregados con sílice reactiva
Minerales Potencialmente Reactivos
Sílice amorfa o criptocristalina:
- ópalo
- calcedonia
- cristobalita
- tridimita
- vidrio volcánico
Pequeños porcentajes (1 a 2%) de estos
minerales en los agregados producen la
reacción en forma relativamente rápida (1
año o menos).
Condiciones necesarias para que se produzca la RAS
Agregados con sílice reactiva
Minerales Potencialmente Reactivos
Cuarzo microcristalino, tensionado o deformado,
dan lugar a reacciones lentas (8 a 25 años
posterior a la construcción).
La reactividad del agregado depende de la
cantidad de mineral reactivo y del tamaño de
partículas.
Condiciones necesarias para que se produzca la RAS
Alcalis
Los álcalis (Na+, K+, Ca++, OH-) presentes en la
solución de poros provienen de un aporte:
Interno
- Cemento.
- Agregados: los feldespatos aportan álcalis.
- Aditivos químicos.
- Adiciones minerales
Externo
- Sales descongenlantes.
- Agua de mar.
- Aguas alcalinas de desagües industriales.
Condiciones necesarias para que se produzca la RAS
Presencia de humedad
Para que la reacción se inicie, progrese y se forme el gel
es necesario un elevado contenido de humedad dentro
del hormigón (80-85%).
Geles deshidratados por el secado parcial del hormigón,
se pueden rehidratar y volver a expandir.
Geles deshidratados y carbonatados por lo general no se
rehidratan.
Efecto de la humedad en:
- pavimentos, en zonas próximas a las juntas.
- presas.
Manifestación en el tiempo de la RAS
(1) Período de inducción
(2) Período de reacción franca
(3) Período de amortiguamiento
Evaluación de la RAS. CIRSOC 201-2005
Evaluación de la reactividad de los agregados
1) Observación de estructuras en servicio con más de 10
a 15 años de antigüedad, como mínimo 3 estructuras.
Se debe tener en cuenta que:
- El agregado debe provenir del mismo yacimiento,
poseer el mismo tipo y cantidad de mineral reactivo.
- El cemento debe poseer el mismo contenido de álcalis.
- Las condiciones de exposición deben se similares.
2) Análisis petrográfico del agregado, si resulta
potencialmente reactivo continúan las evaluaciones.
3) Ensayo de barras de mortero, si manifiesta reacción.
4) Ensayo de prismas de hormigón, si manifiesta
reacción.
Medidas para disminuir los efectos deletéreos de la RAS
1) Reemplazo total del agregado por otro no reactivo.
2) Reemplazo parcial del agregado reactivo por otro no
reactivo.
3) Limitar el contenido de álcalis en el hormigón:
- mediante el uso de cementos de bajo álcali.
- controlando la cantidad de álcalis que aportan los
aditivos, adiciones minerales.
El límite máximo de álcalis totales expresados en Na2O
es de 3 Kg/m3.
4) Incorporar AMA.
5) Emplear aditivos químicos: sales de litio (LiF, Li2CO3,
LiCl). El tipo y cantidad depende del tipo de cemento y
agregado reactivo. Cantidad: Li/Na+K entre 0.6 a 1.1.
6) Reducir la permeabilidad del hormigón.
Manifestaciones de la RAS en cortes delgados
Manifestaciones de la RAS en cortes delgados
Aspecto del gel observado en microscopio electrónico
gel en los poros de la pasta de
cemento
gel en fisuras de un agregado
Manifestaciones de la RAS en estructuras
Manifestaciones de la RAS en estructuras
Manifestaciones de la RAS en estructuras
Corrosión de las Armaduras
Proceso de naturaleza electroquímica.
Se origina en el interior del hormigón.
La corrosión es la degradación que
experimenta el acero por la acción del medio
que lo rodea.
Origen de la Corrosión
La corrosión se produce como consecuencia de
un principio de la naturaleza según el cual todo
material (sistema) evoluciona hasta alcanzar el
equilibrio (estado de mínima energía).
El acero es un material que se obtiene a partir
de materias primas que fueron sometidas a un
proceso de industrialización.
Origen de la Corrosión
materia
prima
equilibrio
mínima
energía
proceso de
industrialización
material
resultante
se entrega
energía
energía en
exceso
el material tiende a perder el exceso de energía,
reacciona con el medio y se transforma, dando
lugar al deterioro.
Origen de la Corrosión del Acero
óxidos de
hierro
minerales de
hierro
proceso de
industrialización
acero
En base a los visto, la corrosión es
un proceso inevitable, lo que se
pretende es controlar la velocidad
de corrosión de modo que el
deterioro resulte compatible con la
vida útil de la estructura establecida
en el proyecto.
CORROSION EN METALES
Clasificación de los Procesos de
Corrosión
Según la morfología
• corrosión uniforme
• corrosión localizada
Según el medio
• corrosión química
• corrosión electroquímica
Clasificación de la Corrosión según la Morfología
Interesa cuando se desea evaluar el daño producido por la
corrosión, puede dividirse en:
Corrosión uniforme: el ataque se extiende en forma
homogénea sobre toda la superficie, la penetración media
es igual en todos los puntos.
Corrosión localizada: el ataque se localiza en sectores.
Corrosión en placas
Corrosión por picado
Corrosión intergranular
Corrosión fisurante
Clasificación de la Corrosión según el Medio
Medio iónico: medio en el que hay iones.
• Corrosión Química: el metal reacciona con un medio
no iónico, no se generan corrientes eléctricas.
Ejemplos: oxidación del metal en presencia de aire a
altas temperaturas.
• Corrosión Electroquímica: el metal reacciona con un
medio iónico, se generan corrientes eléctricas debido al
flujo de iones a través de un electrolito.
Ejemplos: corrosión atmosférica, en agua de mar, en
suelos húmedos, etc.
La corrosión que experimenta la barra de acero que
está dentro del hormigón es de tipo electroquímica.
Corrosión Electroquímica
•
•
•
•
Ocurre como resultado de la formación de una celda
electroquímica que tiene 4 elementos:
ánodo: donde se produce la oxidación o disolución del
metal en forma de iones:
2Fe
2Fe++ + 4ecátodo: donde se produce la reducción o absorción de
los electrones liberados en el ánodo:
O2 + 2H2O + 4e4OHconductor metálico: permite que los electrones se
desplacen del ánodo al cátodo.
conductor iónico o electrolito: medio donde la corriente
eléctrica es generada por el flujo de iones en un medio
acuoso.
Corrosión Electroquímica
2Fe++ + 4e-
2Fe
O2 + 2H2O + 4e-
4OHO2
Difusión del O
a través del
recubrimiento
1/2O2
2+
Fe
2(OH)
2 e-
Acero
Proceso
anódico
Proceso
coatódico
-
Hº con agua
en los poros
(electrolito)
Sistema acero - hormigón
El hormigón le confiere al acero una doble protección:
• barrera física, lo protege del contacto directo con el
medio, interesa el espesor y calidad del recubrimiento.
• otorga protección química: crea el medio adecuado
para la pasivación, pH entre 13 y 14.
Pasivación del acero en el hormigón
capa de óxidos delgada, compacta y adherente
Despasivación del Acero
• Reducción de la alcalinidad
- por lixiviación del Ca(OH)2.
- carbonatación del cemento (acción del CO2).
- ataque de ácidos.
• Presencia de iones agresivos
- ión cloro
Corrosión por carbonatación del cemento
El CO2 presente en el aire ingresa por difusión a través de
los poros del hormigón y produce la carbonatación de la
pasta de cemento.
CO2 + H2O
CH2O3 + Ca(OH)2
CO3Ca + 2H2O
La formación de CO3Ca produce una disminución de la
alcalinidad del hormigón, el pH desciende a 9.
Corrosión por carbonatación del cemento
Da lugar a una corrosión uniforme del acero.
Se produce en todos los tipos de ambientes.
El CO2 está presente en la atmósfera en
concentraciones del orden de 300 ppm (0.03% en
volumen).
En zonas industriales (1500 ppm) y urbanas (800
ppm) aumenta el contenido de debido al uso de
combustibles fósiles.
Corrosión por carbonatación del cemento
armadura
frente
carbonatado
CO2
Corrosión por carbonatación del cemento
Corrosión por carbonatación del cemento
La velocidad de avance del frente carbonatado
depende de:
- Porosidad conectada con el exterior.
- Cantidad de materia alcalina en el hormigón.
- De la concentración de CO2 en el medio.
Corrosión por carbonatación del cemento
La velocidad de avance del frente carbonatado
depende de:
- Contenido de humedad en el hormigón.
• poca humedad, poca formación de CH2O3.
• saturado, la difusión es lenta debido a la baja
solubilidad del CO2 en el agua.
• con humedad que varía entre el 50 y 80%,
máxima velocidad de carbonatación.
Corrosión por carbonatación del cemento
Corrosión por acción del ión ClCorrosión localizada, se manifiesta
perforaciones en la armadura.
como
Anodo: 2Fe
2Fe2+ + 4eFe2+ + Cl- + 2H2O
Fe(OH)2 +2H+ + Cl4Fe(OH)2 + 2H2O + O2
4Fe(OH)3
Cátodo: O2 + 2H2O + 4e4OHO2
O2
ClO
2
O2
O2
ClCl
ClOHOH2+
O
Fe
OH- Fe(OH)
Fe2+ Fe(OH) OH- 2
2
2
2+ H+
Fe
Cl
eCl- H+ e
cátodo
ánodo
cátodo
armadura
Corrosión por acción del ión ClLas picaduras se promueven a si mismas, ya que
generan las condiciones necesarias y suficientes para
su continuo crecimiento.
►Los cloruros pueden estar presentes en los materiales
con los que se elabora el hormigón.
►Pueden ingresar desde el exterior cuando el hormigón
está en contacto con ambientes con cloruros.
La corrosión se inicia cuando en correspondencia con
las armaduras se alcanza una concentración crítica, la
cual se toma igual a 0.4% del peso del cemento.
cuc = 300kg/m3
concentración crítica Cl = 1.2 kg/m3
Aspecto de la Corrosión por Cloruros
macroscópico
microscópico
Efectos de la Corrosión
Sobre la armadura
- Disminución de la sección, por lo tanto
disminuye la capacidad portante.
- Disminución de la ductilidad, mayor riesgo de
que se produzca una fractura frágil de la
armadura
(hormigón
pretensado
o
postensado).
Efectos de la Corrosión
Sobre el hormigón
- Los productos de corrosión ocupan más
volumen que el acero original, generan
tensiones que fisuran al hormigón. Las fisuras
facilitan el acceso de sustancias agresivas, de
oxígeno y humedad que promueven la
corrosión.
- Disminuye o desaparece la adherencia acerohormigón.
- La pérdida de parte del hormigón
produce una reducción en la
capacidad portante de la estructura
Protección Contra la Corrosión
- Elaborar hormigones de baja permeabilidad.
- Emplear espesores de recubrimiento compatible con el
medio de exposición.
- Utilizar adiciones minerales activas.
- Proteger al acero mediante recubrimientos adecuados de
probada eficiencia (galvanizado, epóxis, etc.).
- Proteger al hormigón mediante recubrimientos que
impidan el ingreso de agua y oxígeno (pinturas, lacas,
etc.).
Cátodo
O2 + 2H2O + 4e4OH- Controlar la fisuración del hormigón.
Protección Contra la Corrosión
- Utilizar aditivos inhibidores de la corrosión. Los
migratorios, ingresan a través de la estructura del
hormigón, buscando metales ferrosos y se adhieren a las
superficies, cubriéndolas con una delgada capa
protectora.
MANIFESTACIONES DE LA CORROSION
Manchas de óxido
MANIFESTACIONES DE LA CORROSION
Fisuras
MANIFESTACIONES DE LA CORROSION
Desprendimiento del recubrimiento
MANIFESTACIONES DE LA CORROSION
Pérdida de sección de la armadura
MANIFESTACIONES DE LA CORROSION
Pérdida de aptitud portante del elemento
MANIFESTACIONES DE LA CORROSION
Colapso del elemento estructural
Las manifestaciones de la corrosión pueden
dejar a la estructura fuera de servicio en
forma prematura por problemas que afectan:
- La estética: manchas de óxido, fisuras.
- La funcionalidad: desprendimiento del
recubrimiento.
- La seguridad: disminución de sección en
los elementos estructurales que
comprometen la capacidad portante mínima
del elemento.