CEMENTO PORTLAND HORMIGÓN

Transcripción

1 PROCESOS DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND MICROESTRUCTURA DEL HORMIGÓN Amparo Moragues Terrades E.T.S I. Caminos, Canales y Puertos El cemento: Definición Es un conglomerante hidráulico, es decir, un material inorgánico finamente dividido que, amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece en virtud de reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua Calentamiento hasta fusión parcial Adiciones Arcilla y caliza (SiO 2, CaO, Al 2 O 3 ) Clínker Portland Cemento Portland Regulador de fraguado Yeso (CaSO 4 2H 2 O)

2 El cemento: Composición Nomenclatura C=CaO A=Al 2 O 3 F=Fe 2 O 3 S=SiO 2 H=H 2 O N=Na 2 O K=K 2 O Clinkerización (proceso cocción) Alita, que es una disolución sólida del 3CaO.SiO 2 (C 3 S); está en una proporción aproximada del 50-60% Belita, (C 2 S), en una proporción del 20-25% 2 C 3 A, en proporción 5-10% Fase Ferrítica: la más conocida C 4 AF Microestructura de materiales base cemento Cristales de Alita Cristales de Belita

3 Microestructura de materiales base cemento Matriz de C 3 A y ferrita C 4 AF 3 y 4 Belita Alita El cemento: Cinética de la hidratación Velocidad de reacción de las fases con el agua C 3 A>C 3 S (Alita) >CAF 4 Fase Ferrítica > C 2 S Belita Factores afectan a la Reactividad de Cementos temperatura máxima de cocción velocidad de enfriamiento empleo de fundentes y de mineralizadores atmósfera de horno que debe ser ligeramente oxidante para evitar la formación de compuestos reducidos e inestables

4 Reacciones de hidratación. Mecanismos Proceso de disolución-precipitación Compuestos más solubles Fase acuosa iónica Coloides o compuestos hidratados cristalinos disolución precipitación Compo ortamie ento Silicatos Cálcicos Hidratación de la Alita Hidratación de la belita Hidratación del C 3 A y del C 4 AF Reacciones de hidratación. Mecanismos Silicatos cálcicos: alita y belita C 3 S +H C-S-H + CH (I) Alita (61%) (31%) C 2 S +H C-S-H + CH (II) Belita (82%) (18%)

5 Reacciones de hidratación. Mecanismos Hidratación de la alita Etapas de la Hidratación: I. Etapa de pre-inducción: Controla: El fraguado normal Desarrollo de resistencias C 3 S + H 2 O 3Ca 2+ + SiO 2-2 (disolución) ió II. Etapa de inducción: 3Ca 2+ +SiO 2 2- (dis.) Ca(OH) 2 +CSH III. Periodo de hidratación media: rápida precipitación de CSH junto con el Ca(OH) 2 IV. Periodo de hidratación final: Se forma una estructura de CSH densa Reacciones de hidratación. Mecanismos Hidratación de C 3 A y del C 4 AF (fase ferrítica) C 3 A es la más reactiva frente al agua Define el fraguado del cemento La hidratación de la fase ferrítica es similar a la del C 3 A, pero mucho más lenta; C 3 A + 27H C 4 AH 19 + C 2 AH 8 (I) (hidratos hexagonales) (metaestables) C 4 AH 19 + C 2 AH 8 2C 3 AH 6 (II) (h. cúbico) (estables)

6 Fraguado del cemento Portland El fraguado es el cambio de las características ti de una pasta de cemento, con el aumento de la consistencia hasta adquirir las propiedades de un sólido Tiempo de fraguado Norma Europea (EN 196-3) 52.5 minutos 62.5 minutos Mecanismo de retraso en la hidratación de los aluminatos: formación de una capa protectora de etringita (C 6 As 3 H 32 ) sobre los gránulos de cemento. C 3 A + 3CsH H 2 O C 6 As 3 H 32 (yeso) (etringita)(af t ) C 6 As 3 H C 3 A + 4H 2 O 3C 4 AsH 12 (monosulfoaluminato)(af m ) Influencia de componentes minoritarios Compuestos alcalinos y sulfatados Los iones alcalinos Na + yk + derivan de las materias primas empleadas en la fabricación del clinker siendo la cantidad total expresada como Na 2 O equivalenteentre t % Los sulfatos generalmente provienen del combustible que se emplea para el funcionamiento i dlh del horno La fuente de la mayoría de los sulfatos es el yeso El principal objetivo del yeso es retardar el rápido fraguado que origina la alta reactividad del C 3 A hacia el agua El sulfatocálcico puedeestar: yeso (CaS0 4.2H 2 0), hemihidrato (CaS0 4 1/2H 2 0) ó como anhidrita (CaS0 4 ): presencia no deseable. Gran solubilidad podrían originar falsos fraguados por precipitación de yeso a primeras edades

7 Propiedades del hormigón MICROESTRUCTURA Matriz de cemento hidratada Áridos Fase sólida Red porosa Fase acuosa Zona interfase árido-pasta hidratada de cemento Compuestos hidratados de la pasta de cemento Portland Silicato cálcico hidratado (gel CSH) Aluminato cálcico hidratado Trisulfato de calcio hidratado o ettringita (AFt) Cloroaluminatos de calcio hidratado o sal de Friedel (AFm)s Trisulfoferrito de calcio hidratado o etringita férrica Hidróxido de magnesio o brucita (MH)

8 Fases hidratadas FASES SÓLIDAS GEL CSH HIDRATACIÓN CÓ ALITA (C 3 S) BELITA (C 2 S) RESPONSABLE PROPIEDADES MECÁNICAS DE RESISTENCIA 60% del volumen de la pasta Gel de sílice (CSH) Fases hidratadas Forma acicular

9 Fases hidratadas Gel de sílice (CSH) En forma de tubos Fases hidratadas Gel de sílice (CSH) Ceniza volantes en hormigón

10 Fases hidratadas FASES SÓLIDAS PORTLANDITA HIDRATACIÓN ALITA (C 3 S) BELITA (C 2 S) Cristales de forma hexagonal o prismática con estructura en capas RESERVA ALCALINA DEL HORMIGÓN (sin resistencia) PROTECCIÓN ARMADURAS METÁLICAS 25% del volumen de la pasta Fases hidratadas Portlandita PLACAS DE PORTLANDITA

11 Fases hidratadas FASES SÓLIDAS ETRINGITA HIDRATACIÓN C 3 A y YESO AFt (24 horas) da lugar a AFm PAPEL IMPORTANTE EN LA DURABILIDAD EN MEDIOS SULFATADOS 15% del volumen de la pasta Fases hidratadas Etringita AGUJAS DE ETRINGITA EN PORO

12 Propiedades del hormigón MICROESTRUCTURA Matriz de cemento hidratada Áridos Fase sólida Red porosa Fase acuosa Zona interfase árido-pasta hidratada de cemento Estructura de los áridos Áridos Peso Módulo de elasticidad Estabilidad dimensional del hormigón Características físicas: Volumen Textura Forma Tamaño Distribución partículas Poros Composición

13 Zona de transición árido-pasta Contenido significativamente alto de porosidad d capilar (gran parte interconcectada) Mayor permeabilidad Bajo contenido de granos de cemento sin hidratar Alto contenido en portlandita, con orientación preferentemente paralela a la superficie de los agregados Elevado contenido en etringita Menor resistencia y rigidez Zona de transición árido-pasta ZONA DEBIL MECÁNICAMENTE EN LA INTERFASE CON LA PASTA PAPEL IMPORTANTE EN LA REACCIÓN ÁRIDO-ÁLCALI Porosiad de esta zona mayor que en la pasta por la mayor cantidad de agua acumulada causa de su menor resistencia

14 Propiedades del hormigón MICROESTRUCTURA Matriz de cemento hidratada Áridos Fase sólida Red porosa Fase acuosa Zona interfase árido-pasta hidratada de cemento Fase acuosa Prensa de Longuet K + Na + OH - Ca 2+ Al (OH) 4- SO 2-4 ph de la fase acuosa REGULA TODOS LOS PROCESOS QUÍMICOS Y ELECTROQUÍMICOS DE DETERIORO

15 Fase acuosa Composición de fase acuosa de cementos a distintas temperaturas Propiedades del hormigón MICROESTRUCTURA Matriz de cemento hidratada Áridos Fase sólida Red porosa Fase acuosa Zona interfase árido-pasta hidratada de cemento

16 Formación física de laminas de silicatos cálcicos hidratados. Representación volumétrica de la pasta de cemento antes y después de la hidratación

17 Representación volumétrica de la pasta de cemento antes y después de la hidratación Variación del tamaño de poro en función del grado de hidratación

18 Variación del tamaño de poro en función del grado de hidratación Variación del tamaño de poro en función del grado de hidratación

19 Variación de la porosidad en función del tiempo de curado 28 días 365 días PORO OSIDAD Variación de la porosidad en función de la relación agua/cemento 0.9 POROSIDAD 0.3

20 Estructura porosa de materiales base cemento Agua reacciones de hidratación (a/c = 0.39) Parte inherente a la estructura del CSH Reología que permita trabajabilidad Microestructura porosa Red porosa Porosidad: volumen total de la muestra ocupado por poros Superficie específica interna de los poros: área o superficie accesible por unidad de volumen o masa de una sustancia dada. Segregación de poros en función de sus tamaños: dli delimitación it ió del volumen total de poros en rangos de poros de tamaños definidos Estructura porosa de pasta de cemento Clasificación de tamaño de poro IUPAC P.Metha, 1986 S. Mindess, 2002 EFECTO Nombre Tamaño Nombre Tamaño Nombre Tamaño Microporos RETRACCIÓN Y >0.5nm intercapa FLUENCIA Microporos < 2nm Espacio RETRACCIÓN Y interpartícular Microporos nm 1-3 nm FLUENCIA entre láminas de CSH Capilares pequeños nm RETRACCIÓN (gel) Mesoporos 2-50 nm Poros capilares (a/c baja) j) Macroporos > 50 nm nm Capilares medianos nm RESISTENCIA, PERMEABILIDA D Y CONTRACCIÓN RESISTENCIA Y Poros Capilares 3-50 µm µm PERMEABILIDA capilares grandes D Aire atrapado 50 µm-1 mm Aire atrapado mm RESISTENCIA

21 Estructura porosa del hormigón IMPORTANTES PARA LA DURABILIDAD PERMEABILIDAD RESISTENCIAS MECÁNICAS Estructura porosa de pasta de cemento Poros de gel microporos Clasificación de tamaño de poro Poros capilares mesoporos Se forman por la Exceso de agua durante el hidratación del cemento amasado Espacio entre las fibras de Relación a/c por encima de gel CSH (poros 0.44 interlaminares) Influencia en las Constituyen el 28% de la propiedades de los materiales pasta hidratada (permeabilidad, durabilidad, resistencia mecánica

22 Estructura porosa de pasta de cemento Macroporos Clasificación de tamaño de poro Granos de Hadley Provienen de las burbujas de aire atrapadas durante Se denominan hollow-shell pores. amasado Se forman en espacios Forma esférica ocupados anteriormente por Tamaño superior a 50 nm granos de cemento Amasado y deficiente Tamaño 1-20 µm compactación (3-50 µm) Parcial o totalmente huecos Aditivos, mejorar Productos de hidratación prestaciones del material con corteza externa formada (50 µm-1 mm) en la superficie de los granos. Estructura porosa del hormigón

23 Determinación de la estructura porosa Estructura porosa Determina el comportamiento durable Influye en las resistencias mecánicas DIRECT TOS METODOS Microscopía óptica Escaner por microscopia electrónica Análisis por imágenes DIRECTOS IN Intrusión de mercurio Adsorción de gas Resonancia magnética nuclear Small angle scatter Porosimetría de intrusión de mercurio El ingreso de un líquido que no moja en un sólido poroso fue descripto por E. W. Washburn en 1921 Aplicada por primera vez por Edel man en 1961 FUNDAMENTO Mojado de los sólidos por parte de los líquidos Líquido no mojante de sólidos Por presión penetrará en los poros de un sólido poroso

24 Porosimetría de intrusión de mercurio MERCURIO Liquido no mojante Tensión superficial fiilalta: N/m Angulo de contacto elevado varia º Angulo de avance 130º Angulo de retroceso 100º Líquido a temperatura ambiente Ventajas Inconveniente Elevada toxicidad Manejo con extremo cuidado Porosimetría de intrusión de mercurio F1 = - π d γ cos θ F2 = P π d 2 / 4 F1 = F2 γ tensión superficial fiil θ ángulo de contacto d = - 4 γ cos θ / P (Ec. de Washburn)

25 Porosimetría de intrusión de mercurio d = - 4 γ cos θ /P A cada presión le corresponde un diámetro A cada presión le corresponde un volumen A = 4 V / D A cada presión le corresponde una longitud de poro L = A p /π.d Porosimetría de intrusión de mercurio Propiedades físicas del material Porosidad total Volumen total de poros (Vp) con respecto al volumen total del material (Vm) Pt = V Vp / Vm Distribución e interconexión de poros Diámetro crítico Diámetro umbral Hormigón fresco: 20-25% 25% Hormigón endurecido: 10-15% Límite mínimo porosidad total: 10%

26 Porosimetría de intrusión de mercurio Propiedades físicas del material Distribución e interconexión de poros Diám metro crít tico Diámet tro umbr al Tamaño de poro interconectado que más se repite de forma continua Corresponde a la pendiente máxima de la curva de porosidad acumulada Tamaño de poro más grande donde un volumen significativo de intrusión puede ser detectado Corresponde al primer aumento de intrusión considerable en la curva del logaritmo de la intrusión diferencial Porosimetría de Intrusión de Mercurio Diámetro crítico Diámetro umbral Log Differen ntial Intrusion (m ml/g). 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0, , Pore size Diameter (nm)

27 Porosimetría de Intrusión de Mercurio 0,08 0,07 encial e la intrusión difere Logaritmo de 0,06 Volumen intruido acumulado vs. Diámetro de poros 0,05 Volumen de intrusión incremental vs. Diámetro 0,04 Incrementos diferenciales de volumen de intrusión vs. 0,03 Diámetro 0,02 0, Diámetro de poros (nm) F P1 F P1 F P1 F P1 Porosimetría de Intrusión de Mercurio CEMI-SR- Natural enviroment Volumen intruido acumulado vs. Diámetro de poros Volumen de intrusión incremental vs. Diámetro 0.15 Incrementos diferenciales de volumen de intrusión vs. 0.1 Diámetro al /g Differenti usion (ml Log Intru days 3 Months 24 Months 36 Months Pore Size Diameter (nm)

28 Porosimetría de Intrusión de Mercurio Pretratamiento de las muestras Elección de la parte de la probeta a ensayar y corte Tamaño de la muestra PENETRÓMETRO Muestra entorno a g Precalentamiento a 40º C hasta peso constante ± 01%enmasa 0.1% Desgasificado en desecador con bomba vacio de 40 kpa durante 30 minutos Porosimetría de Intrusión de Mercurio Toma de valores de masa de la muestra y del penetrómetro intrusión de mercurio a baja y posteriormente alta presión

29 Porosimetría de Intrusión de Mercurio Limitaciones a la técnica S. Diamond publicó en Cement and Concrete Research 30, pp , Mercury porosimetry an inappropriate method for the measurement of pore size distribution in cement tbased materials Los datos respecto al ángulo de contacto y la tensión superficial Tratamiento de la muestra Validez de la ecuación Cuellos de botella MECANISMOS DE TRANSPORTE Y ATAQUE QUIMICO AL HORMIGÓN Amparo Moragues Terrades E.T.S I. Caminos, Canales y Puertos

30 Caracterización microestructural Penetración del agua: PERMEABILIDAD POROSIDAD MECANISMOS CEMENTO Porosidad total Succión capilar Composición química y Distribución de tamaño de poro Convección mineralógica del cemento Estructura del poro Difusión Grado de hidratación Grado de conectividad entre poros Migración Interfaz pasta-árido Permeabilidad a un gas Poros conectados Q = 4 2 ( P P ) r r ( P P ) K dp π μL = πr 8μ L = A μ dz Ec. Hagen-Poiseuille Ec. Darcy Q caudal de un fluido µ vicosidad A área de la sección r radio del poro dz espesor de la sección dp gradiente de presión

31 Factores que influyen en la permeabilidad Permeabilidad al agua PERMEABILIDAD V k w Q k = Q = A μ kpe = μ dp dz coeficient e de dp= P e dh dz permeabili dad V kpe dh = μ dz [longitud/tiempo] Q caudal de un fluido µ viscosidad V velocidad d de flujo aparente dz espesor de la sección A área de la sección dp gradiente de presión hidráulico Pe peso específico agua m/s

32 Permeabilidad al agua Valores de profundidad de penetración de agua a presión máxima y media Clase de exposición ambiental IIIc, Qc, Qb (solo en elcaso de elementos pretensados) IIIa, IIIb, IV, Qa, E, H, F, Qb (en el caso de elementos en masa o armados) Especificaciones para Especificaciones para las profundidades las profundidades máxima ái medias Z1 + Z2 + Z3 Z m = 30 mm 3 Z 40 mm 3 T1 + T2 + T3 T m = 20 mm 3 T 27 mm 3 Z1 + Z2 + Z3 Z m = 50mm T1 + T2 + T T 3 m = 3 Z 3 65mm T 40 mm mm Siendo Z 1, Z 2 y Z 3 las profundidades máximas de penetración y T 1, T 2 y T 3 las profundidades medias de penetración Factores que influyen en la permeabilidad: a/c Relación a/c Curado prolongado Formación de geles

33 Factores que influyen en la permeabilidad: a/c Proceso de degradación: ataque físico DESGASTE SUPERFICIAL FISURACIÓN ABRASIÓN EROSION-CAVITACIÓN CAMBIOS DE TEMPERATURAS Fluidos con partículas VOLUMEN sólidas en suspensión Retracción-expansión Pavimentos Tráfico peatonal Tráfico rodado Gradientes de humedad y temperatura (calor de hidratación) Sales en los poros Cargas EXTREMAS Hielo-deshielo Fuego CALIDAD DEL HORMIGÓN CALIDAD DE LOS AGREGADOS Retracción plástica (losas, pavimentos) Asentamiento plástico (vigas, columnas) Hormigón fresco (1-4 h ) C as de la pasta C as de los agregados Adherencia entre fases FENÓMENO REVERSIBLE Retracción (calefacción, humedad, etc) Hormigón endurecido FENÓMENO IRREVERSIBLE PÉRDIDA DE MASA AUMENTO POROSIDAD y PERMEABILIDAD DISMINUCIÓN RESISTENCIAS

34 Formación fisica de laminas de silicatos cálcicos hidratados. Modelos del gel POROS DE POWERS 1968 FELDMAN Y SEREDA (1968) MUNICH 1985 Proceso de degradación: ataque químico Proceso de degradación causado por agentes agresivos en el ambiente externo a la estructura que se transportan en solución hacia su interior y reaccionan con algún constituyente de la pasta de cemento Penetración del agua: PERMEABILIDAD POROSIDAD MECANISMOS CEMENTO Porosidad total Succión capilar Composición química y Distribución de tamaño de poro Convección mineralógica del cemento Estructura del poro Difusión Grado de hidratación Grado de conectividad entre poros Migración Interfaz pasta-árido

35 Mecanismos de transporte Succión capilar Fuerza intermolecular líquido < fuerza de adhesión líquidomaterial 2γ h = cos θ rgρρ γ tensión superficial ρ densidad líquido r radio poro θ ángulo de contacto g aceleración gravedad Condiciones de secado: (solo poros pequeños llenos) absorción capilar hacia esos poros Condiciones de saturación: absorción capilar de la parte húmeda a la seca Convección Mecanismos de transporte Proceso de transporte cuya fuerza impulsora del movimiento del agua está provocada por gradientes de temperatura Difusión Proceso de transporte de un constituyente cuya fuerza impulsora del transporte es el gradiente de concentración Difusividad: i id d capacidad d de transporte t por diferencia i de concentraciones en la fase acuosa del hormigón

36 Mecanismos de transporte Difusión Difusión estacionaria Difusión no estacionaria Mecanismos de transporte

37 Mecanismos de transporte Migración Fuerza impulsora del transporte está provocada por una diferencia de potencial. Célula de difusión /migración estacionaria Proceso de degradación: ataque químico Mehta (1986) Intercambio iónico Ataque por lixiviación Formación de compuestos expansivos Compuestos solubles Ataque ácido Ataque sales de amonio Compuestos insolubles Ac. oxálico Sustitución Ca por Mg Incremento porosidad y permeabilidad d Incremento de tensión interna Pérdida édid Pérdida édid Aumento Pérdida Deformación alcalinidad masa del Fisuración resistencia proceso Saltaduras y rigidez deterioro

38 Proceso de degradación: ataque químico Mehta (1986) Intercambio iónico Ataque por lixiviación Formación de compuestos expansivos Compuestos solubles Ataque ácido Ataque sales de amonio Compuestos insolubles Ac. oxálico Sustitución Ca por Mg Incremento porosidad y permeabilidad d Incremento de tensión interna Pérdida édid Pérdida édid Aumento Pérdida Deformación alcalinidad masa del Fisuración resistencia proceso Saltaduras y rigidez deterioro Ataque químico. Tipos de ataque Ataque ácido Estabilidad de compuestos pasta de cemento EQUILIBRIO Solución porosa Disolución compuestos hidratados

39 Ataque químico. Tipos de ataque Ataque ácido: lixiviación de compuestos cálcicos Ataque de Agua (H 2 O) Descomposición (hidrolizan) los Eflorescencias productos hidratados Sales de calcio cristalizadas en superficie (evaporación o carbonatación) Ataque de la matriz cementicia por disolución progresiva El agua, debilmente mineralizada, reacciona con los iones Ca 2+ y destruye progresivamente el hormigón Ataque químico. Tipos de ataque Ataque por intercambio iónico Aguas con productos orgánicos en descomposicición Aguas con contenidos en pirita (sulfuro de hierro) Aguas con sulfuros Aguas con contenido óxidos de azufre (SO 3 )(lluvia ácida) Aguas con contenido disuelto de CO 2 Áid Ácido + Compuestos cálcicos (base) Sal Slcálcica + Agua H 2 O H + +OH - Ca(OH) 2 + 2H + Ca H 2 O C-S-H +6H + 3Ca 2+ +2(SiO 2. nh 2 O) + 6 H 2 O

40 Ataque químico. Tipos de ataque Ataque por intercambio iónico Esquema de ataque ácido en la pasta de cemento Formación de sales solubles Reducción alcalinidad Pérdida resistencia ph =3 Eflorescencias Disolución pasta Desprendimiento de masa de hormigón Ataque químico. Tipos de ataque Ataque por ácido carbónico Sales disueltas en Agua I Aguas duras Aguas blandas CO2 HCO + + H 2O CO3H 2 H + 3 CO H 2O + CO3Ca Ca(HCO3 ) 2 EQUILIBRIO Exceso de CO 2 (agresivo) Uso de cemento con adiciones LAVADO Ataque superficie Aumento porosidad y permeabilidad

41 Ataque químico. Tipos de ataque Modelos de carbonatación Ataque por ácido carbónico 2-15mm/(año) 1/2 Ataque químico. Tipos de ataque Modelos de carbonatación Ataque por ácido carbónico

42 Ataque ácido en desagües USO DE CEMENTOS CON HUMO DE SÍLICE Aguas residuales Bacterias Fermentación SH 2 (sulfuro hidrógeno) + CH 4 (metano) Carbonatos + SO 4 Ca (sulfato cálcico) + CO 2 O 2 H 2 O Superficie hormigón ph Ataque ácido en desagües Carbonatos + SO 4 Ca (sulfato cálcico)

43 Ataque ácido Estabilidad d de los distintos t compuestos Ataque de soluciones conteniendo magnesio Cloruros, sulfatos y bicarbonatos b se encuentran en agua de mar, industriales y subterráneas. El ataque depende del anión Poca concentración de Mg Mucha concentración de Mg Mg(OH) 2 Brucita Cierra poros SO 4 Mg Formación compuestos expansivos Cl 2 Mg Aumento porosidad y conectividad dd Ca(OH) 2 +ClM 2 Mg Mg(OH) 2 +ClC 2 Ca Lixiviación

44 Ataque por sulfatos Terrenos con yeso Sulfatos alcalinos Sulfato sódico Sulfato potásico Sulfato de magnesio Sulfato de aluminio Sulfato de amonio Ataque por sulfatos Solo ocurre cuando el agua transporta los iones SO 2 4 en solución dentro del hormigón Mecanismosde ataque Formación de ettringita Formación de yeso Formación de thaumasita Formación de brucita, yeso y descomposición ió del gel de sílice C-S-H Cristalización de sales

45 Ataque por sulfatos Form mación de ettrin ngita C 3ACaSO 4.18H 2O + 2NaSO 4 + 2Ca(OH) H 2 O Monosulfoaluminato (AFm) Portlandita C 3 A.3(CaSO 4 ).32H 2 O + 4NaOH - Ettringita expansiva (AFt) Fisuración progresiva Aumento porosidad Disminución resistencia Ataque por sulfatos Ettringita primaria Expansiónde ettringita y yeso Desintegración pasta de cemento Ettringita secundaria fuertemente comprimida en la interfase (x2000)

46 C 3 A Ataque por sulfatos Prevención del ataque Reducción permeabilidad Baja relación a/c Alto contenido en cemento Correcto compactado Curado prolongado Uso de adiciones activas Cenizas volantes de bajo calcio Escorias de alto horno Puzolanas naturales Humo de sílice Rd Reducción C 3 A Cementos con características adicionales SR Ataque por sulfatos

47 Formación de yeso Ataque por sulfatos Reacción intercambio iónico Soluciones concentradas (> 1000 mg/l) Cristalización en los poros y en la interfase pasta-agregado 2NaSO Ca(OH) 2 + H 2 O CaSO 4.2H 2 O + 2Na + 2(OH) Portandita Yeso Descalcificación gel C-S-H Disminución de resistencia it i Ataque por sulfatos Esquema del ataque por sulfato sódico sobre pasta de cemento Formación de ettringita Formación de yeso

48 Ataque por sulfatos Formación de brucita, yeso y descomposición del gel C S H Ataque de sulfato de magnesio Concentración baja MgSO 4 < 0.48% Concentración media 0.48%< MgSO 4 < 0.75% Concentración alta MgSO 4 > 0.75% Formación ettringita Formación ettringita y yeso Descalcificación del gel C-S-H Ataque por sulfatos Brucita Proceso de ataque Dbl Doble capa superf. Proceso de ataque Brucita Yeso a Mg 2+ (OH) - SO 4 2 (OH) - Ca 2+ Mg 2+ (OH) - SO 2 4 (OH) - Ca 2+ Incremento de la hidratación y disolución del Ca(OH) 2 b Ca(OH) 2 + MgSO 4 + H 2 O Mg(OH) 2 + CaSO 4.2H 2 O a) Difusión OH hacia fuera y SO -2 4 hacia dentro pasta. Brucita en superficie b) Disociación CH y aceleración hidratación de silicatos de calcio (Ca 2+ y (OH) - ). Formación capa de yeso

49 Ataque por sulfatos Descalcificación CSH (OH) - Difusión de iones c (OH) - OH desde el poro a la solución Mg 2+ d SO 4 2 Ca 2+ SO 4 2 SO 4 2 Ca 2+ SO 4 2 Ca 2+ Disolución parcial de CH C S H + xmgso 4 + H 2 O xmg(oh) 2 + xcaso 4.2H 2 O + nsio 2.H 2 O c) Descalcificación del C-S-H y formación continua de capas de yeso d) Disociación parcial CH en zona interior y estabilidad de la microestructura por supresión de la difusión como resultado del crecimiento de la doble capa Ataque por sulfatos RESULTADO DEL ATAQUE Degradación progresiva de la matriz de cemento Masa granular no cohesiva Cementos con elevado contenido en adiciones minerales activas susceptibles al ataque, debido a la falta de disponibilidad de portlandita Cementos compactos y ricos en CH Curados muy cuidadosos dd

50 Perspectiva general de la situación Definición del problema Casos prácticos Descripción i del tipo de muestras a analizar Casos prácticos: ensayos propuestos 1 2 Resistencia a compresión Resistencia a tracción Permeabilidad 3 Tinción de áridos Análisis ICP-OES Análisis i Químico DRX PIM Perfiles de Cloruro

51 Casos prácticos: resultados Ensayo de áridos potencialmente reactivos Ataque con HCl + Tinción con Rojo de Alizarina S Análisis de los áridos extraídos mediante ICP-OES Casos prácticos: resultados Difracción de rayos X Disolución de portlandita Variación de la cantidad de dolomita

52 Casos prácticos: resultados Perfiles de cloruro Cálculo del coeficiente de difusión Perfiles de Cl - Ajuste de la 2ª Ley de Fick x C( x, t) = Cs ( Cs Ci) erf 4 Da t Casos prácticos Hormigones en medio marino Compressive strength (MPa) Splitting tensile strength (MPa) Modulus of elasticity (GPa) Mixtures 7 days 28 days 28 days 28 days PCS PCS+10%SF PCS+20%FA BS

53 Hormigones en medio marino Casos prácticos ros % Cloru 0,50 0,45 0,40 0, ,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 PCS Profundidad (mm) % Cloru uros CV 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0, Profundidad (mm) % Clo oruros 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 HS Profundidad d (mm) % Cloruros 0,45 0,40 0,35 0,30 0, ,20 0,15 0,10 0,05 0,00 EAH Profundidad (mm) Casos prácticos