ATAQUE QUIMICO Procesos que forman compuestos expansivos

Transcripción

1 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.

2 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.

3 Condiciones necesarias para que se produzca la RAS RAS suficiente humedad

4 Mecanismo de la Expansión agregado reactivo pasta de cemento solución de poros agregado reactivo gel sílico-alcalino

5 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).

6 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.

7 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.

8 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.

9 Manifestación en el tiempo de la RAS (1) Período de inducción (2) Período de reacción franca (3) Período de amortiguamiento

10 Evaluación de la RAS. CIRSOC

11 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.

12 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 Na 2 O es de 3 Kg/m 3. 4) Incorporar AMA. 5) Emplear aditivos químicos: sales de litio (LiF, Li 2 CO 3, LiCl). El tipo y cantidad depende del tipo de cemento y agregado reactivo. Cantidad: Li/Na+K entre 0.6 a ) Reducir la permeabilidad del hormigón.

13 Manifestaciones de la RAS en cortes delgados

14 Manifestaciones de la RAS en cortes delgados

15 Aspecto del gel observado en microscopio electrónico gel en los poros de la pasta de cemento gel en fisuras de un agregado

16 Manifestaciones de la RAS en estructuras

17 Manifestaciones de la RAS en estructuras

18 Manifestaciones de la RAS en estructuras

19 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.

20 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.

21 Origen de la Corrosión materia proceso de material prima industrialización resultante equilibrio se entrega energía en mínima energía exceso energía el material tiende a perder el exceso de energía, reacciona con el medio y se transforma, dando lugar al deterioro.

22 Origen de la Corrosión del Acero óxidos de hierro minerales de hierro proceso de industrialización acero

23 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.

24 CORROSION EN METALES Clasificación de los Procesos de Corrosión Según la morfología corrosión uniforme corrosión localizada Según el medio corrosión química corrosión electroquímica

25 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

26 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.

27 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 e - cátodo: donde se produce la reducción o absorción de los electrones liberados en el ánodo: O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - conductor 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.

28 Corrosión Electroquímica 2Fe 2Fe e - O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - O 2 Difusión del O a través del recubrimiento 1/2O 2 Fe (OH) Acero 2 e - Hº con agua en los poros (electrolito) Proceso anódico Proceso coatódico

29 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

30 Despasivación del Acero Reducción de la alcalinidad - por lixiviación del Ca(OH) 2. - carbonatación del cemento (acción del CO 2 ). - ataque de ácidos. Presencia de iones agresivos - ión cloro

31 Corrosión por carbonatación del cemento El CO 2 presente en el aire ingresa por difusión a través de los poros del hormigón y produce la carbonatación de la pasta de cemento. CO 2 + H 2 O CH 2 O 3 + Ca(OH) 2 CO 3 Ca + 2H 2 O La formación de CO 3 Ca produce una disminución de la alcalinidad del hormigón, el ph desciende a 9.

32 Corrosión por carbonatación del cemento Da lugar a una corrosión uniforme del acero. Se produce en todos los tipos de ambientes. El CO 2 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.

33 Corrosión por carbonatación del cemento armadura frente carbonatado CO 2

34 Corrosión por carbonatación del cemento

35 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 CO 2 en el medio.

36 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 CH 2 O 3. saturado, la difusión es lenta debido a la baja solubilidad del CO 2 en el agua. con humedad que varía entre el 50 y 80%, máxima velocidad de carbonatación.

37 Corrosión por carbonatación del cemento

38 Corrosión por acción del ión Cl - Corrosión localizada, se manifiesta como perforaciones en la armadura. Anodo: 2Fe 2Fe e - Fe 2+ + Cl - + 2H 2 O Fe(OH) 2 +2H + + Cl - 4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 4Fe(OH) 3 Cátodo: O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - Cl - O 2 O Cl - O 2 2 Cl - Cl OH - O - Fe 2+ OH - O Fe OH - Fe(OH) OH - 2 Fe(OH) 2 Fe 2+ H e - + Cl - Cl - e - H + O 2 cátodo ánodo cátodo armadura

39 Corrosión por acción del ión Cl - Las 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/m 3 concentración crítica Cl = 1.2 kg/m 3

40 Aspecto de la Corrosión por Cloruros macroscópico microscópico

41 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).

42 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

43 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 O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - - Controlar la fisuración del hormigón.

44 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.

45 MANIFESTACIONES DE LA CORROSION Manchas de óxido

46 MANIFESTACIONES DE LA CORROSION Fisuras

47 MANIFESTACIONES DE LA CORROSION Desprendimiento del recubrimiento

48 MANIFESTACIONES DE LA CORROSION Pérdida de sección de la armadura

49 MANIFESTACIONES DE LA CORROSION Pérdida de aptitud portante del elemento

50 MANIFESTACIONES DE LA CORROSION Colapso del elemento estructural

51 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.