Ensayos y técnicas para determinar la durabilidad de los hormigones

Transcripción

1 Ensayos y técnicas para determinar la durabilidad de los hormigones Amparo Moragues Terrades

2 Caracterización microestructural Fase sólida Rayos X Análisis Térmico Resonancia magnética de 29 Si Microscopia electrónica

3 Rayos X Caracterización microestructural Ley de Bragg nλ = 2dhkl sinθ

4 Rayos X Caracterización microestructural

5 Caracterización microestructural

6 Caracterización microestructural

7 Caracterización microestructural

8 Caracterización microestructural

9 Resonancia magnética de 29 Si Caracterización microestructural Conexiones de los átomos de silicio en la pasta de cemento hidratada

10 Caracterización microestructural Resonancia magnética de 29 Si Rango de desplazamientos químicos (ppm) Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4-66 a a a a a -115

11 Caracterización microestructural Resonancia magnética de 29 Si LCM 2( Q 1 Q 2 (0Al) 3/ 2Q Q 1 2 (1Al)) H Q 0 Q 1 Q Q 1 2 Q Q 2 3 Q Q 3 4 Q 4

12 Cambios en la microestructura Gel de sílice (CSH) Ettringita Ceniza volantes en hormigón

13 Porosimetria de intrusión de mercurio Caracterización de la red porosa 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 FUNDAMENTO en 1961 Mojado de los sólidos por parte de los líquidos Líquido no mojante de sólidos Por presión penetrará en los poros de un sólido poroso

14 Caracterización de la red porosa MERCURIO Liquido no mojante Tensión superficial alta: N/m Angulo de contacto elevado varia º Angulo de avance 130º Angulo de retroceso 100º Líquido a temperatura ambiente Ventajas Elevada toxicidad Manejo con extremo cuidado Inconveniente

15 Caracterización de la red porosa F1 = - π d γ cos θ F2 = P π d 2 / 4 F1 = F2 d = - 4 γ cos θ / P γ tensión superficial θ ángulo de contacto (Ec. de Washburn)

16 Caracterización de la red porosa 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 /.d

17 Caracterización de la red porosa Porosidad total Volumen total de poros (Vp) con respecto al volumen total del material (Vm) Distribución e interconexión de poros Diámetro crítico Pt = Vp / Vm Diámetro umbral Hormigón fresco: 20-25% Hormigón endurecido: 10-15% Límite mínimo porosidad total: 10%

18 Caracterización de la red porosa Distribución e interconexión de poros Diámetro crítico Diámetro umbral 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

19 Diámetro crítico Diámetro umbral Log Differential Intrusion (ml/g) Pore size Diameter (nm)

20 Log. Diferencial de intrusión (ml/g) Influencia en la porosidad del tiempo de hidratación: 28 y 91 dias 0.2 CPRS CPRS+HS CPRS+CV EHA Log. Diferencial de intrusión (ml/g) CPRS CPRS+HS CPRS+CV EHA Díametro de poro (nm) Díametro de poro (nm)

21 Cambios en la porosidad por la presencia de medios agresivos CEMI-SR- Natural enviroment Log. Diferencial de Intrusión (ml/g) CPRS CPRS+HS CPRS+CV EHA 28 days 3 Months 24 Months 36 Months Diámetro de poro (nm) Log Differential Intrusion (ml/g Pore Size Diameter (nm) Log. Diferencial de Intrusión (ml/g) CPRS CPRS+HS CPRS+CV EHA Diámetro de poro (nm)

22 Permeabilidad a un gas Poros conectados Q 4 2 P P r r P P L r 8 L K A dp 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

23 Factores que influyen en la permeabilidad

24 Permeabilidad al agua Poros conectados V k w Q A kpe Q k dp dz coeficiente de dp P dh dz permeabilidad e V kpe dh dz [longitud/tiempo] Q caudal de un fluido V velocidad de flujo aparente A área de la sección Pe peso específico agua µ viscosidad dz espesor de la sección dp gradiente de presión hidráulico m/s

25 Valores de referencia para la penetración Permeabilidad al agua Clase de exposición ambiental IIIc, Qc, Qb (solo en el caso de elementos pretensados) IIIa, IIIb, IV, Qa, E, H, F, Qb (en el caso de elementos en masa o armados) Z m Z 3 Z Especificaciones para las profundidades máxima Z m 3 Z1 Z 3 40 mm 2 Z1 Z 3 65 mm 2 Z 3 Z 3 30 mm 50 mm T m T T Especificaciones para las profundidades medias 3 T m 3 T1 T mm T1 T mm T T mm 30 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

26 Factores que influyen en la permeabilidad Permeabilidad al agua

27 Mecanismos de transporte Succión capilar Fuerza intermolecular líquido < fuerza de adhesión líquidomaterial h 2 cos rg tensión superficial densidad líquido r radio poro 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

28 Mecanismos de transporte Convección 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: capacidad de transporte por diferencia de concentraciones en la fase acuosa del hormigón

29 Antecedentes de los estudios de difusión

30 Difusión estacionaria Evaluación de mecanismos de transporte Difusión no estacionaria

31 D ap Def Cs 1 Cl Antecedentes de los estudios de difusión

32 Antecedentes de los estudios de migración

33 Evaluación de mecanismos de transporte Migración Fuerza impulsora del transporte está provocada por una diferencia de potencial. Célula de difusión /migración estacionaria

34 Migración no estacionaria Evaluación de mecanismos de transporte Ensayos de migración (NT Buildt 492)

35 Resistividad Evaluación de mecanismos de transporte

36 Difusión no estacionaria Aplicación en hormigones PCS 0,60 CV 0,50 0,45 0,50 % Cloruros 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, % Cloruros 0,40 0,30 0,20 0,10 0, Profundidad (mm) Profundidad (mm) HS EAH % Cloruros 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Profundidad (mm) % Cloruros 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Profundidad (mm)

37 TRATAMIENTO DE DATOS 37

38 TRATAMIENTO DE DATOS 38

39 Calculo del tiempo de inicio de corrosión Con estas dos ecuaciones de calcula el tiempo de iniciación El tiempo de propagación es función de la velocidad de corrosión que se define en función del ambiente 39

40 Mecanismos de transporte

41 Ciclos hielo/ deshielo y ensayos de degradación

42 Penetración gaseosa de contaminantes: Carbonatación 2-15mm/(año) 1/2

43 Carbonataciónn

44 Perspectiva general de la situación Definición del problema Descripción del tipo de muestras a analizar

45 1 Resistencia a compresión Resistencia a tracción 2 Permeabilidad 3 Tinción de áridos Análisis ICP-OES PIM Análisis Químico DRX Perfiles de Cloruro

46 Ensayo de áridos potencialmente reactivos Ataque con HCl + Tinción con Rojo de Alizarina S Análisis de los áridos extraídos mediante ICP-OES

47 Difracción de rayos X Disolución de portlandita Variación de la cantidad de dolomita

48 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

49 Relación entre propiedades del material y coeficientes de difusión

50 Perfiles de cloruros en hormigones saturados

51 Perfiles de cloruros en hormigones saturados

52 Perfiles de cloruros en hormigones saturados

53 Diferencias de concentraciones superficiales

54 Variación de D/ variación de la concentración superficial C [kg/m 3 ] Ajuste normal Ajuste moviendo eje vertical Ajuste moviendo eje vertical Datos experimentales Cs = %,Da = m 2 /s Cs = %, Da = m 2 /s Cs = %, Da = m 2 /s x [mm]

55 Relación de cloruros libres y cloruros totales en hormigón Cloruros totales, kg/m 3 de hormigón Cloruros libres, kg/m 3 de hormigón Cloruros libres, kg/m 3 de hormigón 10 C [kg/m 3 ] x [mm]

56 Perfiles de cloruros a diferentes alturas del nivel del mar

57 Influencia del contenido de humedad en la penetración de cloruros 0.16 V [m 3 /m 3 ] Fracción de poro lleno en función de la profundidad r [nm] Volumen de solución en el poro para cada tamaño de poro l [m 3 /m 3 ] x [mm]

58 11 Influencia del contenido de humedad en la penetración de cloruros Concentración expresada en g/ m 3 de hormigón 10 9 Concentración expresada en g/ litro de solución del poro C T [kg/m 3 ] x [mm] C [kg/m 3 ] x [mm]

59 Gracias por su atención