2 - Ibracon

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2 - Ibracon

Dra. Ing. Esperanza Menéndez
Grupo Consolider-Sedurec
Aspectos generales sobre la alteración del
hormigón
Causas de deterioro en estructuras de hormigón
Comités RILEM sobre ataque químico
Performance of cement-based materials in
aggressive aqueous environments (211-PAE)
Alkali aggregate reaction in concrete structures:
performance testing and appraisal (219-ACS)
Conclusiones
Distribución de daños en construcción:
Proyecto  42%
Ejecución  28,5%
Materiales  14,6%
Uso  9,6%
Varios  5,7%
Proyecto
Ejecución
Materiales
Uso
Varios
Según ACI y RILEM  Daños en el hormigón:
Ciclos de hielo-deshielo
Exposición a agresivos químicos: ataque por sulfatos, ácidos, ión
amonio, etc.
Corrosión de armaduras y de otros materiales embebidos en el
hormigón
Reacción química con los áridos
Realización de análisis, estudios y recomendaciones
sobre una determinada problemática de la construcción
Los componen especialistas, laboratorios y científicos
Duración de cinco a siete años
Elaboran: libros, recomendaciones y artículos científicos
en Materials & Structures
Comités Técnicos relacionados con el ataque
químico al hormigón:
Performance of cement-based materials in aggressive
aqueous environments (211-PAE)
Alkali aggregate reaction in concrete structures:
performance testing and appraisal (219-ACS)
Inicio de actividad: 2003
Publicación sobre aspectos analizados: Final 2011
Aspectos tratados:
Ataque externo por sulfatos
Ataque por magnesio en agua de mar
Ataque por nitrato amónico
Ataque por ácidos orgánicos y efluentes agrarios
Performance of cement-based materials
in aggressive aqueous environments
(211-PAE)
Ataque externo por sulfatos
Aspecto externo del daño:



Microfisuración superficial
Pérdida de material
Depósitos superficiales
El ataque por sulfatos tiene su origen, de forma general, en la
reacción entre los aluminatos procedentes del cemento y los sulfatos
presentes en el hormigón. Así mismo pueden producirse reacciones
secundarias asociadas con este deterioro, el principal compuesto es la
ettringita
 Formación de ettringita
3CaO·Al2O3·13H2O + 4(CaSO4·2H2O) + 13 H2O ettringita (expansión
 Transformación de monosulfo en ettringita
6CaO·Al2O3·SO332H2O monosulfato cálcico
Reacción de sulfatos alcalinos: Generalmente los sulfatos alcalinos
provienen de aguas agresivas. Además, de la acción de los sulfatos se
producen reacciones secundarias con los iones alcalinos.

Formación de yeso o ettringita, reacción inicial de la portlandita
Ca(OH)2  Ca(OH)2 + 2Na + + SO4=  CaSO4·2H2O + 2 Na + + 2 OHsólido


disolución
Descalcificación del
C-S-H
Zonas con distintos
tipos y grados de
alteración
sólido
disolución
yeso secundario (aumento volumen)
Ensayo de inmersión en disoluciones agresivas:
 Tipo de disolución: SO4Ca - SO4Mg2 – SO4Na2
 Concentración de la disolución:
 ASTM C1012  33.800 mg/l SO4=
o EH-E: Ataque fuerte > 3.000 mg/l SO4=
o ACI: Altamente agresivo 6.000 -10.000 mg/l SO4=
3,0
RS A1
RS A2
RS B1
RS B2
NRS 1
NRS 2
2,5
% Expansion
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0
100
200
300
400
500
Tiempo (dias)
600
700
800
(211-PAE)
Ataque por magnesio en agua de mar
Reacción de sulfato magnésico: Se produce por la acción de
disoluciones acuosas ricas en magnesio.
Reacción de la portlandita para formar yeso o ettringita
 Intercambio iónico calcio-magnesio  Formación de brucita

Ca(OH)2  Ca(OH)2 + 2Mg 2+  Mg(OH)2 + Ca2+
sólido


disolución
Descomposición
gradual del C-S-H,
formar silicatos
hidratados amorfos y/o
silicatos hidratados
magnésicos
Alteración más rápida
del gel C-S-H
brucita
Una de las situaciones más habituales es la presencia de agua de mar
en contacto con estructuras de hormigón.
Acción de sulfato magnésico
 Acción de los cloruros

 Intercambio iónico, formación de brucita,…
 Acción del CaCl2
CaCl2 + C3A + 10 H2O  C3A·CaCl2·10 H2O
Sal de Friedel (Expansión)
 Sal de Friedel + SO3  C3A·3CaSO4·32H2O
Ettringita (Expansión)
 Ettringita + CO2 + SiO2  CaCO3·SO4·CaSiO3·15H2O
Thaumasita (Expansión)

Acción del CO2
 Carbonatación de la portlandita
Ca(OH)2 + CO2 + H2O  CaCO3 + 2H2O
Aragonito o calcita (Recubrimiento)
(211-PAE)
Ataque por ácidos
Probetas con KF-A a
los 16 ciclos.
Probetas con KF-A a
los 50 ciclos.
Muestra de control,
expuesta a una disolución
de ácido al 10%.

Acción de los ácidos
 Reacciones de neutralización
 Descomposición del gel C-S-H y de la portlandita
 Descalcificación de la pasta cementante
Áreas de exposición
Ataque ácido
Ataque ácido + Ataque
por sulfatos + Acción
mecánica
Ataque por sulfatos
Inicio de actividad: 2006
Diversos documentos para ser publicados
Aspectos tratados:
AAR 0: Guía para uso de métodos de evaluación RILEM
AAR 1: Análisis petrográfico
AAR 2: Método acelerado de barras de mortero
AAR 3: Método de prismas de hormigón a 38ºC
AAR 4-1: Método de prismas de hormigón a 60ºC
AAR 6-1: Guía de diagnosis de estructuras dañadas por AAR
AAR 7-1: Minimización de daño por ASR en hormigón
AAR 7-2: Minimización de daño por ACR en hormigón
AAR 8: Extraction of alkalis from aggregates
Árido-álcali:
• Fisuración en mapa
• Exudación de geles
 Reacción árido silícico y álcalis:

• Expansión

Reacción de la sílice amorfa con los
álcalis:
Si-OH + OH-  Si-O- + H2O
(Reacción ácido-base)
Si-OH + Na+  Si-OH-Na + H2O
(Neutralización)
Ataque a los puentes siloxano:
Si-O-Si + 2OH-  Si-O- + -O-Si + H2O
Reacción álcali-carbonato (desdolomitización)
1. Desdolomitación:
CaMg(CO3)2 + 2NaOH  Mg(OH)2+CaCO3 +Na2CO3
2. Regeneración del hidróxido alcalino
Na2CO3 + Ca(OH)2  2NaOH + CaCO3
Alkali aggregate reaction in concrete
structures: performance testing and
appraisal (219-ACS)
Análisis petrográfico
Análisis por
lámina delgada
Orden de reactividad de los áridos silícicos:
Cuarzo
Cristal
deformado
volcánico
Cuarzo
microcristalino
Tridimita
Chert
Calcedonia
Cristobalita
Cuarzo
Criptocristalino
Ópalo
appraisal (219-ACS)
Método acelerado de barras de
mortero
Ensayo de barras de mortero




Barras de 2,5x2,5x28 cm con índices
80ºC y Na(OH) 1N
14 o 28 días
Límite = 0,20%
1,5
Endesa Lorca
80‫؛‬C - 100% H.R.
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
C-1012 CEM I 
C-1012 CEM II/A-V 
C-1012 CEM II/A-V 
C-1012 CEM II/A-V 
C-1012 CEM II/A-V 
C-1012 CEM II/A-V 
C-1012 CEM II/B-V 
C-1012 CEM II/B-V 
C-1012 CEM II/B-V 
C-1012 CEM II/B-V 
C-1012 CEM II/B-V 
C-1012 CEM IV/A-V 
C-1012 CEM IV/A-V 
C-1012 CEM IV/A-V 
C-1012 CEM IV/A-V 
C-1012 CEM IV/A-V 
Expansion (%)
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0
10
20
30
40
50
60
Edad (D‫ي‬as)
70
80
90
100
110
appraisal (219-ACS)
Método de prismas de hormigón
Ensayo de prismas de microhormigón




38ºC y 100% H.R. y 1,25% de Na2Oeq
1 año
Límite = 0,04%
appraisal (219-ACS)
Método de prismas de hormigón a 60ºC
Concrete Performance Test:




60ºC y 100% H.R. y 5,5 kg/m3 de Na2Oeq
15 semanas
Límite = 0,03%
appraisal (219-ACS)
Extracción de álcalis
Los áridos, además de cuarzo amorfo,
pueden tener álcalis:
• Feldespatos (Na – K – Na/K)
• Extracción en pH elevado
• Incremento álcalis en el hormigón
Disoluciones de extracción de
álcalis a partir de los áridos:
• 1M NaOH (pH = 13,63)
• 1M KOH (pH = 14,13)
• Ca(OH)2 Sat. (pH = 12,07)
• 0,2M NaOH + Ca(OH)2 Sat. (pH = 13,81)
• 0,5M KOH + Ca(OH)2 Sat. (pH = 13,06)
• 0,1M NaOH + 0,6M KOH + Ca(OH)2
Sat. (pH = 13,31)
Disoluciones de extracción de
álcalis a partir de los áridos:
• Ca(OH)2 sat+ exceso
• 0,7N NaOH
• 0,7N KOH
• 0,7N NaOH + Ca(OH)2 sat y exceso
• 0,7N KOH + Ca(OH)2 sat y exceso
Condiciones de ensayo:
• Temperaturas: 20ºC – 38ºC – 80ºC – 150ºC
• Tiempo de ensayo: 24 h. – 48 h. – 28 d. – 180 d. – 365 d.
• Determinaciones: Na2O – K2O – Na2Oeq – Otros iones – pH – Conduc.
• % álcalis por masa de árido - % de Na2O eq. en el hormigon
2,00
0,00
D6 - 0,1 NaOH + 0,6M KOH + Sat.
Ca(OH)2
0,040
D3 - Sat. Ca(OH)2
0,035
0,030
0,025
-2,00
0,020
-4,00
0,015
0,010
-6,00
0,005
-8,00
Título do Eixo
%Na2O
%K2O
Na2O equiv.
0,000
Título do Eixo
%Na2O
%K2O
Na2O equiv.
Si extraction
300
200
300
250
150
100
50
200
90
80
70
60
150
50
0
80
70
60
30
20
20
50
10
10
0
Tras 28 days
Initial
0
Tras 28 days
Inicial
Inicial
Variación de pH
D3
D1
13,9
13,8
13,7
13,6
13,5
S1C3 20ºC
S1C3 40ºC
S2C1 20ºC
S2C1 40ºC
S2C3 20ºC
S2C3 40ºC
S3C3 20ºC
S3C3 40ºC
S4C3 20ºC
S4C3 40ºC
13,5
13,0
12,5
13,4
12,0
13,3
11,5
13,2
13,1
11,0
13,0
Inicial
S1C3 20‫؛‬C
S1C3 40‫؛‬C
S2C1 20‫؛‬C
S2C1 40‫؛‬C
S2C3 20‫؛‬C
S2C3 40‫؛‬C
S3C3 20‫؛‬C
S3C3 40‫؛‬C
S4C3 20‫؛‬C
S4C3 40‫؛‬C
40
100
Tras 28 d‫ي‬as
14,0
50
30
pH
Inicial
D3
90
S1C3 20‫؛‬C
S1C3 40‫؛‬C
S2C1 20‫؛‬C
S2C1 40‫؛‬C
S2C3 20‫؛‬C
S2C3 40‫؛‬C
S3C3 20‫؛‬C
S3C3 40‫؛‬C
S4C3 20‫؛‬C
S4C3 40‫؛‬C
40
0
pH
Si(ppm)
250
350
S1C3 20‫؛‬C
S1C3 40‫؛‬C
S2C1 20‫؛‬C
S2C1 40‫؛‬C
S2C3 20‫؛‬C
S2C3 40‫؛‬C
S3C3 20‫؛‬C
S3C3 40‫؛‬C
S3C4 20‫؛‬C
S3C4 40‫؛‬C
Al(ppm)
350
400
S1C3 20‫؛‬C
S1C3 40‫؛‬C
S2C1 20‫؛‬C
S2C1 40‫؛‬C
S2C3 20‫؛‬C
S2C3 40‫؛‬C
S3C3 20‫؛‬C
S3C3 40‫؛‬C
S4C3 20‫؛‬C
S4C3 40‫؛‬C
Si(ppm)
400
D1
D3
Al(ppm)
D1
Al extraction
S1C3 20‫؛‬C
S1C3 40‫؛‬C
S2C1 20‫؛‬C
S2C1 40‫؛‬C
S2C3 20‫؛‬C
S2C3 40‫؛‬C
S3C3 20‫؛‬C
S3C3 40‫؛‬C
S4C3 20‫؛‬C
S4C3 40‫؛‬C
Tras 28 días
10,5
Initial
Tras 28 days
Tras 28 days
appraisal (219-ACS)
Diagnosis de estructuras dañadas
Prevenir el daño químico al hormigón requiere el
conocimiento tanto del mecanismo de reacción como
de los factores que influyen en su aparición.
Los métodos de ensayo están basados en estos
factores de influencia, pero pueden alejarse de la
realidad del hormigón en su ambiente real.
Es importante definir los niveles de requerimiento
para distintas clases de exposición, en función de la
importancia del riesgo y de las consecuencias de un
determinado fallo.

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