TEMA: Agentes agresivos que afectan al cemento y al hormigón OBSERVACIONES DEL PROFESOR: UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL ENSAYO DE MATERIALES INFORME DE INVESTIGACION TEMA: Agentes agresivos que afectan al cemento y al hormigón ALUMNO: CANCHIG VACA CARLOS STALIN GRUPO No 1 DIA: LUNES HORA: 9am a 12am FECHA DE REALIZACIÓN: 2 de Febrero del 2009 FECHA DE ENTREGA: 8 de Febrero del 2009 AÑO LECTIVO: 2008-2009 INTRODUCCION La selección del material de construcción es una de las primeras y más importantes decisiones en la concepción y diseño de un proyecto. El material con que esta hecha una estructura es el que falla, no el elemento estructural. Para el ingeniero es importante relacionar el comportamiento químico, físico, y mecánico de cada material con la estructura interna de este, para llegar a comprender efectivamente su comportamiento y sus propiedades en general. Los materiales de construcción son parte de la materia que se encuentra en el universo Sustancias constitutivas de los cuerpos o partes limitadas de la materia. Substancias cuyas propiedades las hacen útiles al hombre (fabricación de productos técnicos: estructuras, máquinas, productos, etc.) Responsables del comportamiento de la mayoría de las estructuras: Materiales Estructurales. Los materiales que se utilizan en general van variando con el tiempo, a medida que la tecnología avanza, se producen nuevos materiales con mejores características. Un ejemplo claro de esto es la introducción de los polímeros (plásticos en general). EL CEMENTO El cemento, es una material pulverizado (polvo finísimo de color gris) de naturaleza inorgánica, que mezclado con agua endurece. Se denomina conglomerante hidráulico porque endurece tanto al aire como bajo agua. Genera altas resistencias mecánicas y productos insolubles en agua. FUNCIONES DEL CEMENTO EN EL HORMIGÓN: -Llenar huecos entre partículas del árido aglomerándolas ayuda a lubricar y a dar cohesión a la mezcla del hormigón en estado fresco -Proporciona resistencia al hormigón endurecido, dependiendo de: razón w/c ,tipo de cemento ,condiciones de curado -Da impermeabilidad al hormigón endurecido al taponar los huecos entre los granos del árido. Esquema del efecto de la razón agua /cemento en la resistencia e impermeabilidad del hormigón Se puede apreciar como la resistencia y la impermeabilidad van aumentando a medida que se hidrata el cemento, además se aprecia la importancia de la razón agua cemento y el curado en estas propiedades. OBJETIVO GENERAL 1. Saber cuales son los agentes agresivos que afectan al cemento y al hormigón y como se contrarrestan dichos agentes que hacer y que tipo de ensayo se debe realizar. ENSAYOS QUE SE REALIZAN 1. INALTERABILIDAD La sanidad se refiere a la capacidad de una pasta endurecida para conservar su volumen después del fraguado. La expansión destructiva retardada o falta de sanidad es provocada por un exceso en las cantidades de cal libre o de magnesia. Casi todas las especificaciones para el cemento Pórtland limitan los contenidos de magnesia (periclasa), así como la expansión registrada en la prueba de autoclave. Desde que en 1943 se adoptó la prueba de expansión en autoclave (ASTM C 151), prácticamente no han ocurrido casos de expansión anormal que puedan atribuirse a falta de sanidad. 2. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN La resistencia a la compresión, tal como lo especifica la norma ASTM C 150, es la obtenida a partir de pruebas en cubos de mortero estándar de 5 cm. ensayados de acuerdo a la norma ASTM C 109. Estos cubos se hacen y se curan de manera prescrita y utilizando una arena estándar. Ensayo a compresión de mortero empleando un espécimen de cemento cúbico de 5 cm. de arista. 3. FINURA La finura del cemento influye en el calor liberado y en la velocidad de hidratación. A mayor finura del cemento, mayor rapidez de hidratación del cemento y por lo tanto mayor desarrollo de resistencia. Los efectos que una mayor finura provoca sobre la resistencia se manifiestan principalmente durante los primeros siete días. La finura se mide por medio del ensayo del turbidímetro de Wagner (ASTM C 115), el ensayo Blaine de permeabilidad al aire (ASTM C 204), o con la malla No.325 (45 mieras) (ASTM C 430). Aproximadamente del 85% al 95% de las partículas de cemento son menores de 45 micras. AGENTES AGRESIVOS QUE AFECTAN AL CEMENTO Y AL HORMIGON Los agentes que atacan al cemento y al hormigón son los siguientes: -Reacción álcali-sílice -Corrosión-carbonatación -Ataque por sulfatos -Ataque por acidos - Por el agitar del mar - Productos industriales REACCIÓN ÁLCALI-SÍLICE La reacción se produce entre los álcalis del cemento y el agregado que es sílice amorfa en presencia de humedad. Es una reacción lenta y compleja y que genera fuertes expansiones a largo plazo. Las primeras evidencias de este fenómeno datan del año 1940 en Estados Unidos. Se constató que el deterioro se producía por la formación de un gel alcalino expansivo en la superficie de los agregados. Este gel era producto de la reacción entre los álcalis solubles del cemento (Na20 y K2O) y algunos tipos de minerales presentes en los agregados (sílice amorfa) REACCIÓN ALCALI-CARBONATO Este tipo de reacción se produce por los álcalis del cemento que actúan sobre ciertos agregados calcáreos, como por ejemplo, los calcáreos de grano fino que contienen arcilla, que son reactivos y expansivos. Este fenómeno se presenta de preferencia cuando el concreto está sometido a atmósfera húmeda. Se ha planteado que la expansión se debe a la transformación de la dolomita en calcita y brucita, fuertemente expansiva, que tiene la forma de un gel que origina una presión debido al crecimiento de los cristales. CONTROL DE LA REACCIÓN ÁLCALI SÍLICE SE ADICIONES- Puzolanas, Escorias, inhibidores de la reacción-uso del litio, cementos de bajo contenido de álcalis Como resistir a los agentes agresivos: -Con concretos más densos -Relaciones agua/cemento bajas entre 0.40 y 0.50 -Altos contenidos de cemento -Cementos con características especiales -Cementos de bajo contenido de álcalis CORROSIÓN -CARBONATACIÓN La Corrosión constituye en la actualidad el principal fenómeno que afecta la durabilidad de las estructuras de concreto. Falta de acceso (visual) al acero no permite la detección temprana. Factores Desencadenantes Concreto - Permeabilidad - Recubrimiento - Fisuras Acero - Tensiones mecánicas - Cuplas bimetálicas Ambiente - Humedad Hidróxido de Carbono CORROSIÓN POR CARBONATACIÓN Portlandita + CO2 -- Carbonato de Calcio Se reduce la alcalinidad del concreto y por tanto la protección al acero de refuerzo. Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O PH=8 A PH=13 solución de fenoltaleina Corrosión por cloruros – ambiente marino Ion cloruro presente en el agua o niebla marina actúa como catalizador de la oxidación. Cloruro Férrico Hidróxido de Fierro. ( FeCl3)- Fe(OH)2 2Fe + 6Cl- = 2(FeCl3)- + 4e(FeCl)- + 2(OH) - = Fe(OH)2+ 3Cl PARA EVITAR LA CORROSIÓN • Cemento apropiado • Baja permeabilidad • Recubrimiento del acero • Inhibidores de corrosión ATAQUE DE LOS SULFATO Una de las formas más frecuentes de ataque químico al concreto es la acción de los sulfatos. Se estima que el 75% de las publicaciones que tratan de la durabilidad del concreto se ocupan de este tema. El ión sulfato aparece en mayor o menor proporción en todas las aguas libres subterráneas. El contenido de ión sulfato de las aguas subterráneas es considerable en los terrenos arcillosos, constituyendo uno de los más importantes alimentos de los vegetales. En zonas áridas los sulfatos se pueden presentar en las arenas como material de aporte y en rocas carbonatadas de origen sedimentario. Los sulfatos más abundantes en los suelos son : sulfatos de calcio, de magnesia, de sodio y calcio y de sodio, todos ellos de diferente solubilidad. La acción de los sulfatos se produce sobre el hidróxido de calcio y fundamentalmente sobre el aluminato de calcio C3A y el ferroaluminato tetracálcico C3FA El ataque del sulfato se manifiesta con una exudación de apariencia blanquecina y agrietamiento progresivo que reduce al concreto a un estado quebradizo y hasta suave. La acción del sulfato de calcio es relativamente simple, ataca al aluminato tricálcico y en menor medida al ferro aluminato tetracálcico, produciendo sulfo aluminato tricálcico (etringuita) e hidroxido de calcio (portlandita). La acción del sulfato de sodio es doble, reacciona primero con el hidróxido de calcio generando durante la hidratación del cemento, formando sulfato de calcio e hidróxido de sodio. A su vez el sulfato de calcio ataca al aluminato tricálcico formando etringita. Debe distinguirse que en yeso secundario, que produce expansión en el agrietamiento difiere de la acción del Yeso que se agrega al clinker, en la molienda, que no se encuentra en estado libre en el concreto endurecido. Asimismo, la etringita que se forma durante el fraguado del cemento, se transforma rápidamente en monosulfatoaluminato cálcico. PARA EVITAR EL ATAQUE DE SULFATOS Para impedir la acción destructiva de los sulfatos, es indispensable la buena compacidad de los concretos. Además, es posible seleccionar cementos portland con la calidad adecuada como los denominados en la normalización como el tipo II, de moderada resistencia a los sulfatos y el tipo V, de alta resistencia a los sulfatos. Estos cementos se caracterizan por su contenido máximo de aluminato tricálcico, 8% en el primer tipo y 5% en el segundo. El tipo V, tiene corno condición adicional que la suma de los contenidos de aluminato tricálcico y ferroaluminato tricálcico debe ser menor que el 25% En el caso del cemento 'tipo V existe la alternativa de no considerar el límite indicado cuando en el ensayo normalizado, de expansión de una probeta prismática, en solución de sulfato y al cabo de 14 días no es mayor del 0.04%. Otra alternativa válida, para determinados tipos de ataque es la elección de cementos puzolánicos, que fijan el hidróxido de calcio libre y desactivan en parte la acción sobre el aluminio. En estos casos se requieren que la acción del sulfato se produzca a posterior de la acción de la puzolana. ACCIÓN DEL AGITA DE MAR La acción del agua de mar en el concreto ha sido materia de numerosas investigaciones y trabajos, desde el inicio del siglo. Existe una tendencia que considera el ataque del agua de mar como un fenómeno bien definido y homogéneo. Pese a ello, es conveniente tener en cuenta la multiplicidad de factores incidentes, como es la variación del clima, la presencia de factores mecánicos como la erosión y la acción de. las mareas, que modifican las condiciones de inmersión, aparte de los actores biológicos. Puede asegurarse que la acción del agua de mar difiere a la acción conjunta o independiente de los sulfatos que contiene. Como en otros casos, la durabilidad del concreto se asegura por su buena compacidad. En este sentido, en las investigaciones que se realizan, resulta esencial definir la porosidad del cemento y del concreto, sea la abierta y total, la dimensión y geometría de 1 C35 poros la distribución granulométrica. El ataque del agua de mar corresponde a la de las sales disueltas, principalmente cloruros y sulfatos sobre los constituyentes del cemento por cuanto ninguno de los componentes hidratados son estables al medio marino. Las reacciones características en el ataque se presentan sobre el hidróxido de sodio y el aluminato tricálcico. En todo caso para una mejor apreciación del problema, es conveniente separarlo según el estado de inacción de los elementos del concreto. En inmersión total al ataque es fundamentalmente químico por acción de sulfatos y cloruros. Sin embargo. Una carbonatación inicial menora las características del concreto a los agentes agresivos por la formación de una capa protectora constituida por micro cristales de carbonato de cálcico. En inmersión alternada o semi-inmersión e 1 ataque es de carácter físico y químico debido a la acción mecánica de las olas, al fenómeno de contracción y evaporación alternada que lleva la fisuración en la zona de marea. La cristalización expansiva de ciertas sales, la corrosión eventual de las armaduras, con expansión del concreto y también las variaciones de clima. ATAQUE POR ÁCIDO Los ácidos atacan las bases y las sales básicas -formadas por la hidratación del cemento, deteriorándolo por la formación de sales solubles y procesos de disolución que eliminan el hidróxido de sodio. Los parámetros que gobiernan el ataque estrictamente ácido son la fuerza del álkali y su concentración, vale decir el valor del Ph. La gran influencia del Ph, e 5 la razón Por la cuál se puede estimar que las agitas ácidas de reducido pH, menor de 4.5, atacan fuertemente los concretos. Cualquiera que sea el cemento utilizado. En la prácticas puede estimarse que ningún cemento portland resiste la acción de aguas con Ph inferior a 4. De otro 1modo los cementos portland corrientes resisten sin mayores daños la acción de aguas con valores de Ph superior a 6. No es procedente considerar que u- 1 valor del Ph es el único factor determinante en el ataque de los ácidos. En efecto, la velocidad de difusión y de llenado de los vacíos intersticiales es de gran importancia, especialmente si esta acción se produce bajo presión. Los ácidos orgánicos tienen una actividad menos predecible que la de los ácidos inorgánicos, por ejemplo, el ácido exálico, que forma una sal de calcio casi insolubles no tiene efecto sobre los concretos del cemento portland, mientras que el ácido acético, el cual forma una sal de calcio soluble, es muy perjudicial. El Ácido láctico, que se encuentra en las leches agrias, ataca al concreto y ha causado deterioro de pisos y secadores en las lecherías y plantas de fabricación de mantequilla y queso. El ácido butírico que también es producto de la rancidez puede asociarse con el ácido láctico y se piensa que tiene un efecto perjudicial similar. Contra esta evidencia se ha encontrado que los tanques de concreto de cemento portland tienen una vida razonable cuando se usa para almacenar productos de fermentación conteniendo entre otros, ácidos butírico, láctico y acético. PRODUCTOS INDUSTRIALES Azúcares.- los azúcares se encuentran en variedad de vegetales que constituyen insumos industriales. Los azúcares atacan el concreto formando sales de calcio denominadas sacaratos, con el hidróxido de calcio de la pasta, originando la ruptura de la fase de silicatos y la perdida de resistencias. Las grasas y aceites, animales y vegetales, son dañinos cuando están compuestos de glicerinas y un ácido graso. Esto abarca el cebo y la manteca, el aceite de palma y otros aceites vegetales. Los aceites de petróleo no reaccionan químicamente con el concreto. El número de sustancias químicas industriales es muy amplio. El ACI ha efectuado un estado comentado de más de 200 que afectan al concreto CONCLUSIONES 1. Se debe emplear un Cemento con bajo contenido de álcalis (norma ASTM C-150) para el caso de agregados reactivos, limita el contenido de álcali del cemento en 0.6%, expresado en óxido de sodio según la relación (Na20 + 0.658K20). 2. Para impedir la acción destructiva de los sulfatos, es indispensable la buena compacidad de los concretos. Además, es posible seleccionar cementos portland con la calidad adecuada como los denominados en la normalización como el tipo II, de moderada resistencia a los sulfatos y el tipo V, de alta resistencia a los sulfatos. 3. Para evitar la corrosión se debe utilizar cemento apropiado de baja permeabilidad de recubrimiento del acero y inhibidores de corrosión 4. Para determinados tipos de ataque de los sulfatos se selecciona cementos puzolánicos, que fijan el hidróxido de calcio libre y desactivan en parte la acción sobre el aluminio. En estos casos se requieren que la acción del sulfato se produzca a posterior de la acción de la puzolana. 5. Cualquiera que sea el cemento utilizado en la prácticas puede estimarse que ningún cemento portland resiste la acción de aguas con Ph inferior a 4. De otro modo los cementos portland corrientes resisten sin mayores daños la acción de aguas con valores de Ph superior a 6. 6. Los productos industriales como la azúcar al tener sales de calcio denominadas sacaratos, con el hidróxido de calcio de la pasta, originan la ruptura de la fase de silicatos y la perdida de resistencias. 7. El grado de ataque químico como los sulfatos se determina por el análisis de la muestra o el suelo obtenido en el sitio. BIBLIOGRAFIA Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Donald R. Askeland Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los materiales. William F,Smith Comportamiento Mecánico de los materiales Carlos Videla Cifuentes y L Berrios Construction Materiales. J. Patton http://es.wikibooks.org/wiki/Patolog%C3%ADa_de_la_edificaci%C3%B3n/Ciment aciones/Problem%C3%A1tica http://www.asocem.org.pe/SCMRoot/bva/f_doc/concreto/agregados/MGC22_ataqu e_concreto.pdf http://oscar_7.mx.tripod.com/hormigon_armado.htm http://www.cibernetia.com/tesis_es/CIENCIAS_TECNOLOGICAS/TECNOLOGI A_DE_MATERIALES/MATERIALES_AGLOMERANTES/1
