Durabilidad del concreto

En este sentido, los ejemplos significativos² para la durabilidad incluyen, por ejemplo:

• El transporte de sulfatos desde las fuentes externas alcanzando y reaccionando con aluminatos para formar ettringita.
• La difusión interna de álcalis en el agua de los poros para alcanzar partículas de agregado reactivas, para proveer un reactivo decisivo a la reacción álcali-agregado.
• El ingreso del cloruro desde el agua de mar o de las sales descongelantes y el dióxido de carbono que proviene del aire, penetrando el recubrimiento de concreto y obstruyendo la pasividad del acero de refuerzo.
• La penetración de agua que satura los poros capilares, llena los huecos de aire y se congela para causar daño por congelación
• El movimiento de agua y humedad provenientes de fuentes externas e internas, siendo absorbida por las ettringita (incluyendo la formación retardada) o gel de sílice de álcali que causa expansión, o actuando como un obstáculo para el transporte del gas y del vapor y como un requisito previo para el movimiento de iones.
• La difusión del oxígeno que participa en el proceso de corrosión.
• La disolución y difusión del aire atrapado, en y desde el sistema de huecos de aire que hará más posible la absorción de agua.
• La lixiviación de los álcalis y del hidróxido de calcio desde el agua en los poros al agua circundante.
• La penetración de vapor a través de una capa superficial seca desde un frente de evaporación que se crea a una cierta profundidad durante un incendio.

2 Nilsson L. (2002), Durability concept; Pore structure and transport processes, Chapter in Advanced Concrete Technology Book, Vol. 2, Durability, Butterworth Heinemann, London 2002.

• La penetración de gel álcalisílice, más o menos fluido, de una partícula reactiva en expansión dentro de los poros de la pasta de cemento circundante.
• El secado de la humedad que causa contracción y grietas por contracción
Dos ejemplos de los efectos significativos de la humedad en el transporte de las sustancias se muestran en la Figura 4. Conviene apuntar que, debido al efecto de la humedad en el transporte de sustancias disueltas, el perfil de humedad es decisivo en cuanto a si serán depositadas o no, y donde serán depositadas las sustancias o serán lixiviadas. Al respecto, véase la Figura 5.

Corrosión del refuerzo

La corrosión del refuerzo es un proceso electroquímico que depende de las condiciones microambientales
cercanas a la fase del metal. La corrosión del refuerzo se inicia como resultado de la carbonatación o por la presencia de cloruros en el concreto. El proceso de oxidación incrementará el volumen y creará fuerzas de separación en la matriz del concreto.
Normalmente, se verán signos del proceso que se está desarrollando por corrientes de oxidación y recubrimientos de concreto agrietados. La corrosión del refuerzo en las estructuras de concreto es de un interés más global que los otros mecanismos y naturalmente se ha estudiado con mayor detenimiento.

Los procesos de difusión, el modelado matemático y la relevancia de diferentes parámetros de materiales son bien conocidos. Sin embargo, un parámetro importante, el valor umbral de la corrosión, debe ser estudiado más antes de que nosotros podamos esperar un progreso general importante en esta materia. Los cálculos teóricos y el modelado del tiempo de iniciación de un ambiente rico en cloruros demuestran la falta de conocimiento del parámetro importante, el valor umbral de la concentración de iones de cloruro, que cambia la etapa pasiva a una etapa de corrosión activa, como se observa en la Figura 6.

La humedad es decisiva para la ocurrencia y la extensión de la corrosión del refuerzo. La corrosiónafectará el tiempo para iniciar la corrosión, por carbonatación y por el ingreso de cloruros, y la humedad afectará la tasa de corrosión, una vez que se ha iniciado.

Iniciación de la corrosión
La difusión del dióxido de carbono a través del sistema de poros es más o menos bloqueada por el agua en aquellos poros que están llenos de agua, es decir: poros más y más grandes dependiendo de la HR en el concreto. Simultáneamente, la reacción química entre el CO2 y el CaO depende de la humedad y no puede, y no lo hará, transferir todo el CaO en los carbonatos. El CaO debe ser disuelto, es decir: en la solución de poros; pero parecería como si algo de carbonatación, aunque no muy completa, puede ocurrir inclusive a humedades muy bajas, por debajo del 50% de HR³. Sobre qué tan rápido puede el frente de carbonatación alcanzar el refuerzo depende, por lo tanto, en gran medida, del contenido de humedad del recubrimiento. Véase Figura 7.

En el concreto seco, el proceso es mucho más rápido que en el mojado. Sin embargo, el concreto puede ser demasiado seco para permitir que se inicie la corrosión, inclusive si la carbonatación alcanzó al acero muy temprano. Consecuentemente, la vida de servicio restante de varias partes de una estructura, con respecto al inicio de la corrosión por carbonatación, dependerá significativamente de las acciones ambientales locales y la condición de humedad en el recubrimiento.

3 Gooderake, C.J. Young; J. F. & Berger R. L. (1979), “Reaction of hydraulic calcium silicates with carbon dioxide and water”, Journal of American Ceramic Society, Vol. 62, No. 9-10, pp. 488.

Las peores condiciones serán aquellas en donde el recubrimiento de concreto está seco en una parte del año, promoviendo la carbonatación, y ocasionalmente húmedo en otros tiempos, incrementando la tasa de corrosión una vez que la corrosión se ha iniciado.

Iniciación del cloruro
El ingreso del cloruro en el concreto requiere de un sistema de poros que esté, al menos parcialmente, lleno de agua, de modo que los iones puedan moverse en senderos de agua continuos. Consecuentemente, el ingreso, la acumulación y la redistribución del cloruro están fuertemente relacionados a las condiciones de humedad (Véase Figura 4). Debido a esta situación, el contenido de cloruros en la superficie del acero depende de la humedad. Un concreto permeable con zonas profundas de evaporación incrementaría la concentración de iones de varias sustancias en la ubicación del refuerzo, lo que tendría un impacto significativo en el inicio del cloruro.

Tasas de corrosión
El proceso de corrosión requiere del contacto eléctrico entre el ánodo y el cátodo; si está muy seco, la tasa de corrosión será insignificante aun cuando se haya iniciado. El proceso de corrosión es una oxidación; se requiere de una provisión de oxígeno en la superficie del acero. En algunos ambientes el recubrimiento en partes de una estructura puede estar cercano a la saturación de agua.
En este caso, la difusión del oxígeno, y por lo tanto la corrosión, será muy lenta. La dependencia de la humedad de la tasa de corrosión tendrá un pico aproximadamente a 90-95% de HR4.
Para la corrosión iniciada por la carbonatación, la tasa será insignificante a humedades por debajo de 70-80% de la HR. Si el concreto contiene cloruro, por encima del nivel del umbral, la tasa de corrosión tendrá un pico en el mismo rango de humedad, pero a un nivel mucho más alto. La tasa también es significativa a una baja humedad, correspondiendo a un clima en el interior. El concreto de alto desempeño, inclusive en ambientes muy corrosivos, sería seco, HR< 80%, lo que tendrá un impacto significativo en la tasa de corrosión (Véase Figura 8). Las valoraciones indican que el periodo de propagación podría incrementarse por varias décadas.

Conclusiones
El esfuerzo de investigación desarrollado en los años recientes se ha enfocado en la comprensión de los mecanismos de deterioro del concreto. La división de los procesos complejos en reacciones físicas y químicas básicas y predecibles ha identificado la humedad del concreto como un parámetro importante con un impacto significativo en los procesos de degradación.
El mayor conocimiento de las condiciones de humedad del concreto, incluyendo variaciones en la escala micro, ha dado como resultado modelos predecibles para las valoraciones cuantitativas del tiempo de vida.
La precisión debe ser todavía mejorada por futuros esfuerzos de investigación. Sin embargo, los científicos podrían clasificar importantes procesos y optimizar las aplicaciones para el diseño de nuevas estructuras y el rejuvenecimiento de las viejas estructuras.

4 Tuutti K. (1982), “Corrosion of steel in concrete”, en CBI Research Fo 4:82, Swedish Cement and Concrete Research Institute, Stockholm.

Durabilidad del concreto Kyösti Tuutti y Lars-Olaf Nilsson¹ Segunda parte En la primera parte de este interesante artículo (que apareció en el número anterior), se hizo mención, entre otras cosas, a la definición de vida de servicio, al tema de la humedad en el concreto y de los procesos de deterioro; ahora se abordarán algunos puntos complementarios. En materia de durabilidad del concreto, los procesos del transporte son altamente significativos para el ingreso, la redistribución interna o la pérdida de sustancias que son dañinas o benéficas para el concreto, sus constituyentes o su refuerzo, por sí mismos o combinados con otros eventos. 1 El primero es Director de Investigación, de Skanska, AB, en Suecia. El segundo forma parte del Instituto Lund de Tecnología, también en Suecia. El reportaje fue dividido —por su extensión— en dos partes. Apareció en: Concrete in Australia, diciembre 2005-febrero 2006.
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En este sentido, los ejemplos significativos² para la durabilidad incluyen, por ejemplo: • El transporte de sulfatos desde las fuentes externas alcanzando y reaccionando con aluminatos para formar ettringita. • La difusión interna de álcalis en el agua de los poros para alcanzar partículas de agregado reactivas, para proveer un reactivo decisivo a la reacción álcali-agregado. • El ingreso del cloruro desde el agua de mar o de las sales descongelantes y el dióxido de carbono que proviene del aire, penetrando el recubrimiento de concreto y obstruyendo la pasividad del acero de refuerzo. • La penetración de agua que satura los poros capilares, llena los huecos de aire y se congela para causar daño por congelación • El movimiento de agua y humedad provenientes de fuentes externas e internas, siendo absorbida por las ettringita (incluyendo la formación retardada) o gel de sílice de álcali que causa expansión, o actuando como un obstáculo para el transporte del gas y del vapor y como un requisito previo para el movimiento de iones. • La difusión del oxígeno que participa en el proceso de corrosión. • La disolución y difusión del aire atrapado, en y desde el sistema de huecos de aire que hará más posible la absorción de agua. • La lixiviación de los álcalis y del hidróxido de calcio desde el agua en los poros al agua circundante. • La penetración de vapor a través de una capa superficial seca desde un frente de evaporación que se crea a una cierta profundidad durante un incendio. 2 Nilsson L. (2002), Durability concept; Pore structure and transport processes, Chapter in Advanced Concrete Technology Book, Vol. 2, Durability, Butterworth Heinemann, London 2002. • La penetración de gel álcalisílice, más o menos fluido, de una partícula reactiva en expansión dentro de los poros de la pasta de cemento circundante. • El secado de la humedad que causa contracción y grietas por contracción Dos ejemplos de los efectos significativos de la humedad en el transporte de las sustancias se muestran en la Figura 4. Conviene apuntar que, debido al efecto de la humedad en el transporte de sustancias disueltas, el perfil de humedad es decisivo en cuanto a si serán depositadas o no, y donde serán depositadas las sustancias o serán lixiviadas. Al respecto, véase la Figura 5. Corrosión del refuerzo La corrosión del refuerzo es un proceso electroquímico que depende de las condiciones microambientales cercanas a la fase del metal. La corrosión del refuerzo se inicia como resultado de la carbonatación o por la presencia de cloruros en el concreto. El proceso de oxidación incrementará el volumen y creará fuerzas de separación en la matriz del concreto. Normalmente, se verán signos del proceso que se está desarrollando por corrientes de oxidación y recubrimientos de concreto agrietados. La corrosión del refuerzo en las estructuras de concreto es de un interés más global que los otros mecanismos y naturalmente se ha estudiado con mayor detenimiento. Los procesos de difusión, el modelado matemático y la relevancia de diferentes parámetros de materiales son bien conocidos. Sin embargo, un parámetro importante, el valor umbral de la corrosión, debe ser estudiado más antes de que nosotros podamos esperar un progreso general importante en esta materia. Los cálculos teóricos y el modelado del tiempo de iniciación de un ambiente rico en cloruros demuestran la falta de conocimiento del parámetro importante, el valor umbral de la concentración de iones de cloruro, que cambia la etapa pasiva a una etapa de corrosión activa, como se observa en la Figura 6. La humedad es decisiva para la ocurrencia y la extensión de la corrosión del refuerzo. La corrosiónafectará el tiempo para iniciar la corrosión, por carbonatación y por el ingreso de cloruros, y la humedad afectará la tasa de corrosión, una vez que se ha iniciado. Iniciación de la corrosión La difusión del dióxido de carbono a través del sistema de poros es más o menos bloqueada por el agua en aquellos poros que están llenos de agua, es decir: poros más y más grandes dependiendo de la HR en el concreto. Simultáneamente, la reacción química entre el CO2 y el CaO depende de la humedad y no puede, y no lo hará, transferir todo el CaO en los carbonatos. El CaO debe ser disuelto, es decir: en la solución de poros; pero parecería como si algo de carbonatación, aunque no muy completa, puede ocurrir inclusive a humedades muy bajas, por debajo del 50% de HR³. Sobre qué tan rápido puede el frente de carbonatación alcanzar el refuerzo depende, por lo tanto, en gran medida, del contenido de humedad del recubrimiento. Véase Figura 7. En el concreto seco, el proceso es mucho más rápido que en el mojado. Sin embargo, el concreto puede ser demasiado seco para permitir que se inicie la corrosión, inclusive si la carbonatación alcanzó al acero muy temprano. Consecuentemente, la vida de servicio restante de varias partes de una estructura, con respecto al inicio de la corrosión por carbonatación, dependerá significativamente de las acciones ambientales locales y la condición de humedad en el recubrimiento. 3 Gooderake, C.J. Young; J. F. & Berger R. L. (1979), “Reaction of hydraulic calcium silicates with carbon dioxide and water”, Journal of American Ceramic Society, Vol. 62, No. 9-10, pp. 488. Las peores condiciones serán aquellas en donde el recubrimiento de concreto está seco en una parte del año, promoviendo la carbonatación, y ocasionalmente húmedo en otros tiempos, incrementando la tasa de corrosión una vez que la corrosión se ha iniciado. Iniciación del cloruro El ingreso del cloruro en el concreto requiere de un sistema de poros que esté, al menos parcialmente, lleno de agua, de modo que los iones puedan moverse en senderos de agua continuos. Consecuentemente, el ingreso, la acumulación y la redistribución del cloruro están fuertemente relacionados a las condiciones de humedad (Véase Figura 4). Debido a esta situación, el contenido de cloruros en la superficie del acero depende de la humedad. Un concreto permeable con zonas profundas de evaporación incrementaría la concentración de iones de varias sustancias en la ubicación del refuerzo, lo que tendría un impacto significativo en el inicio del cloruro. Tasas de corrosión El proceso de corrosión requiere del contacto eléctrico entre el ánodo y el cátodo; si está muy seco, la tasa de corrosión será insignificante aun cuando se haya iniciado. El proceso de corrosión es una oxidación; se requiere de una provisión de oxígeno en la superficie del acero. En algunos ambientes el recubrimiento en partes de una estructura puede estar cercano a la saturación de agua. En este caso, la difusión del oxígeno, y por lo tanto la corrosión, será muy lenta. La dependencia de la humedad de la tasa de corrosión tendrá un pico aproximadamente a 90-95% de HR4. Para la corrosión iniciada por la carbonatación, la tasa será insignificante a humedades por debajo de 70-80% de la HR. Si el concreto contiene cloruro, por encima del nivel del umbral, la tasa de corrosión tendrá un pico en el mismo rango de humedad, pero a un nivel mucho más alto. La tasa también es significativa a una baja humedad, correspondiendo a un clima en el interior. El concreto de alto desempeño, inclusive en ambientes muy corrosivos, sería seco, HR< 80%, lo que tendrá un impacto significativo en la tasa de corrosión (Véase Figura 8). Las valoraciones indican que el periodo de propagación podría incrementarse por varias décadas. Conclusiones El esfuerzo de investigación desarrollado en los años recientes se ha enfocado en la comprensión de los mecanismos de deterioro del concreto. La división de los procesos complejos en reacciones físicas y químicas básicas y predecibles ha identificado la humedad del concreto como un parámetro importante con un impacto significativo en los procesos de degradación. El mayor conocimiento de las condiciones de humedad del concreto, incluyendo variaciones en la escala micro, ha dado como resultado modelos predecibles para las valoraciones cuantitativas del tiempo de vida. La precisión debe ser todavía mejorada por futuros esfuerzos de investigación. Sin embargo, los científicos podrían clasificar importantes procesos y optimizar las aplicaciones para el diseño de nuevas estructuras y el rejuvenecimiento de las viejas estructuras. 4 Tuutti K. (1982), “Corrosion of steel in concrete”, en CBI Research Fo 4:82, Swedish Cement and Concrete Research Institute, Stockholm.