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/

Cimentaciones/Problem%C3%A1tica

http://www.asocem.org.pe/SCMRoot/bva/f_doc/concreto/agregados/

MGC22_ataque_concreto.pdf

http://oscar_7.mx.tripod.com/hormigon_armado.htm

http://www.cibernetia.com/tesis_es/CIENCIAS_TECNOLOGICAS/

TECNOLOGIA_DE_MATERIALES/MATERIALES_AGLOMERANTES/1