Capitulo 2 Durabilidad Concreto
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Durabilidad del ConcretoIng. Enrique Rivva López
INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA - ICG Telefax: (01) 421-7896 / [email protected] / www.construccion.org.pe
CAPITULO 2
ATAQUES QUIMICOS POR ACIDOS
1.- ALCANCE
La pasta, material sílico-calcareo, con pH del orden de 13, es suceptible al
ataque de cualquier vapor de ácido o ácido líquido, por debil que sea éste. Entre los
ácidos inorgánicos, el clorhídrico origina cloruro cálcico, el cual es muy soluble; la
acción del ácido sulfídrico produce sulfato cálcico, que se precipita como yeso; y el
ácido nítrico, da como resultado nitrato de calcio, también muy soluble. Con los
ácidos orgánicos, sucede algo similar, por ejemplo, la acción del ácido láctico
produce lactatos cálcicos y el ácido acético da lugar al acetato cálcico. No existen
los concretos resistentes a los ácidos y por ello, deben protegerse de su acción
mediante barreras impermeables y resistentes que eviten el contacto directo.
La velocidad de reacción de la pasta con los ácidos inorgánicos y orgánicos,
está determinada por la agresivad del ácido atacante; siendo la solubilidad de la cal
cálcica resultante la que determina la velocidad de degradación del concreto. Si la
cal cálcica es muy soluble el deterioro es más rápido.
Los productos de combustión contienen gases sulfurosos que se combinan
con la humedad y forman ácido sulfúrico. El agua de algunas minas, algunas aguas
industriales y las aguas residuales o negras, pueden contener o formar ácidos
sulfúrico y sulfuroso. Los suelos que contienen turbas pueden tener sulfuro de hierro
(pirita), que al oxidarse produce ácido sulfúrico, con el agravante que reacciones
posteriores pueden producir sales sulfatadas, que a su vez producirán ataque por
sulfatos.
Las corrientes de agua en regiones montañosas son, a veces, ligeramente
ácidas debido a que contienen bióxido de carbono libre disuelto, o algunos ácidos
orgánicos. El ácido carbónico disuelve la cal del concreto, mas no la alúmina. Las
aguas blandas, al igual que los ácidos, disuelven los compuestos cálcicos del
concreto; siendo el resultado la degradación y destrucción de la pasta. Las industrias
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manufactureras o de procesamiento tales como: fermentadoras, lecherías,
destilerías, producción de jugos cítricos, carnicerías, productos de pulpa de madera,
o caña de azucar, producen ácidos orgánicos, que también atacan el concreto.
2.- CARACTERISTICAS DEL ATAQUE
El concreto no resiste los ácidos y la velocidad con que estos destruyen el
concreto depende de:
a) La resistencia a los ácidos y su concentración
b) Temperatura de la solución del ácido
c) Condiciones de exposición, soluciones estáticas o móviles
d) Solubilidad de los productos de reacción.
Entre los que atacan al concreto se encuentran los ácidos sulfúrico, nítrico,
sulfuroso, hidroclorhídrico, hidrofluorhídrico, clorhídrico, las aguas provenientes de
las minas, industrias, corrientes montañosas, o fuentes minerales, que pueden
contener o formar ácidos; las turbas que por oxidación puedan producir ácido
sulfúrico, y los ácidos orgánicos de origen industrial.
Los ácidos sulfúrico, hidroclorhidrico y nítrico son altamente agresivos. La
agresividad se incrementa con la concentración y temperatura del ácido. Las
soluciones movibles son más agresivas que las soluciones estáticas, debido a que
constantemente nuevo ácido llega a estar en contacto con el concreto; y los ácidos
que forman productos solubles de reacción, generalmente son más agresivos que
los ácidos que no los forman.
El ácido ataca al concreto disolviendo los productos de hidratación del
cemento o a través de reacciones químicas ácido-base. El hidróxido de calcio, el
producto de reacción que se disuelve más rápidamente, es atacado aún por las
concentraciones suaves o bajas de soluciones de ácido. Los ácidos más fuertes y
más concentrados atacan a todos los hidratos de silicato de calcio.
3.- FACTORES QUE INFLUYEN EN EL ATAQUE
Entre los factores que aceleran o agravan el ataque químico por ácidos
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al concreto se encuentran:
a.- Alta porosidad, responsable de la alta capacidad de absorción de
agua; permeabilidad; y vacíos.
b.- Grietas y separación debidas a concentración de esfuerzos ó a
choque térmico.
c.- Lechadas y penetración de líquidos debidos a flujo de líquidos;
empozamiento; o presión hidráulica.
Entre los factores los cuales mitigan o demoran el ataque se encuentran:
a.- Los concretos densos, logrados debido a un adecuado
proporcionamiento de las mezclas; una reducción en el contenido de
agua; un incremento en el contenido de material cementante; aire
incorporado; adecuada consolidación; curado efectivo.
b.- La reducción de los esfuerzos de tensión en el concreto mediante el
empleo de refuerzo de tensión de diámetro adecuado y correctamente
colocado; inclusión de adiciones puzolanicas para controlar o suprimir
la elevación de temperatura; colocación de juntas de contracción
adecuadas.
c.- Un diseño estructural adecuado a fin de minimizar las áreas de
contacto y/o turbulencia; así como colocación de membranas y
sistemas de barreras de protección para reducir la penetración.
En relación con los procedimientos indicados para mitigar o demorar los
ataques químicos por ácidos al concreto, debe recordarse que:
a.- Las proporciones de la mezcla y el mezclado y procesamiento del
concreto fresco determinan su homogeneidad y densidad.
b.- Los procedimientos de curado inadecuados dan por resultado
agrietamiento y/o astillamiento.
c.- La resistencia al agrietamiento depende de la resistencia y capacidad
de deformación del concreto.
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d.- El movimiento de sustancias deletereas transportadas por el agua
incrementa las reacciones que dependen tanto de la cantidad de agua
como de la velocidad de flujo.
e.- El concreto el cual va a estar expuesto frecuentemente a agentes
químicos ácidos conocidos por producir rápido deterioro deberá
ser protegido con un sistema de barrera protectora químicamente
resistente.
4.- MECANISMO DEL ATAQUE POR ACIDOS
Siendo el concreto químicamente básico, con un pH del orden de 13, puede
ser atacado por medios ácidos, con pH menor de 7, los cuales reaccionan con el
hidróxido de calcio de la pasta produciéndose compuestos de calcio solubles en
agua. Igualmente, el ataque puede producirse sobre los agregados calizos o
dolomíticos, cuando éstos se emplean.
El concreto no es resistente a las soluciones de los ácidos sulfúrico, nítrico,
sulfuroso, hidroclorhídrico, hidrofluorhídrico y clorhídrico, pudiendo ser destruído por
ataque prolongado de cualquiera de ellos, aunque no necesariamente a la misma
velocidad. Un pH de 5.5 a 6.0 puede considerarse como el límite máximo de
tolerancia de un concreto de excelente calidad en contacto con alguno de los ácidos
mencionados. Sin embargo, debe recordarse que los valores del pH no son el
único criterio para definir la agresividad de los ácidos.
Igualmente pueden producirse ataques por ácidos al concreto a partir de las
aguas provenientes de minas, industrias, corrientes montañosas, o fuentes
minerales, las cuales pueden contener o formar ácidos las turbas que por oxidación
pueden producir ácido sulfúrico; y los ácidos orgánicos de origen industrial.
El deterioro del concreto por acción de los ácidos puede deberse a:
(a) la reacción del ácido y el hidróxido de calcio de la pasta; y
(b) la reacción del ácido con los agregados calizos y dolomíticos cuando
estos se emplean.
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Los productos de esta reacción química son compuestos de calcio solubles
en agua, los cuales son diluídos por las soluciones acuosas. Se exceptúa las sales
de calcio resultantes de la reacción química de los ácidos oxálico y fosfórico las
cuales son insolubles en agua.
El ácido ataca al concreto disolviendo los productos de hidratación del
cemento o a través de reacciones químicas ácido-base. El hidróxido de calcio, el
producto de reacción que se disuelve más rápidamente, es atacado aún por las
concentraciones suaves o bajas de soluciones de ácido. Los ácidos más fuertes y
más concentrados atacan todos los hidratos de silicato de calcio. En el caso de
ataque por ácido sulfúrico, el deterioro resultante es más rápido o mayor, dado que
el sulfato de calcio resultante de la reacción ataca al concreto.
Adicionalmente, si los poros capilares o fisuras en la pasta permiten que las
soluciones ácidas lleguen al acero de refuerzo, puede presentarse corrosión de éste
con posterior agrietamiento, astillamiento y deterioro del concreto.
Puesto que ningún concreto es totalmente inmune al ataque de ácidos, las
adiciones pueden emplearse sólo para disminuir la tasa de deterioro. Los aditivos
reductores de agua incluyendo los superplastificantes, reducen la relación agua-
cemento y, por lo tanto la permeabilidad. Sin embargo, a medida que el concreto se
deteriora, especialmente cuando los productos de la reacción son solubles, se
reanuda el ataque.
5.- ATAQUE POR ACIDOS INORGANICOS
Los ácidos inorgánicos hidroclorhídrico, nítrico, y sulfúrico; los ácidos
orgánicos acético, fórmico y láctico; y el cloruro de aluminio en forma salina; tienen
una velocidad de ataque rápida a temperatura ambiente, dependiendo de su
concentración. El ácido fosfórico inorgánico; el ácido orgánico tánico; el hidróxido de
sodio en solución alcalina mayor del 20%; y las sales que incluyen el nitrato de
amonio, sulfato de amonio, el sulfato de sodio, el sulfato de magnesio, y el sulfato de
calcio; y el gas bromuro tienen una velocidad de ataque moderada a temperatura
ambiente.
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El ácido carbónico inorgánico; las soluciones alcalinas de hidróxido de sodio
entre el 10% y el 20% y el hipoclorito de sodio; los ácidos orgánicos oxálico y
tartárico, tienen una velocidad de ataque de mayor a menor, que puede ser
despreciable a temperatura ambiente.
El hidrógeno sulfurado (SH2) disuelto en agua forma un ácido débil con
pobre acción corrosiva sobre el concreto. Si se oxida por acción de bacterias hasta
convertirse en ácido sulfuroso ó ácido sulfúrico, puede atacar el concreto. El ácido
fluosilicoso y los ácidos orgánicos tartárico y oxálico forman sales de calcio de baja
solubilidad y son prácticamente inofensivos al concreto. El ácido fosfórico es sólo
medianamente agresivo al concreto, limitándose su efecto a la capa superficial.
Las aguas de relaves de algunas minas, así como las aguas industriales,
pueden contener o formar ácidos que ataquen al concreto. Los productos de la
combustión de los combustibles contienen gases sulfurosos los cuales en
combinación con la humedad forman ácido sulfúrico. Igualmente los desagues
pueden actuar como colectores bajo determinadas condiciones permitiendo la
formación de ácidos.
Los suelos formados por turba, los suelos arcillosos, y los esquistos
aluminosos, pueden contener pirita en forma de sulfuro de hierro la cual, por
oxidación, produce ácido sulfúrico. Reacciones adicionales pueden producir sales de
sulfatos las cuales producen ataque por sulfato.
Las aguas de escorrentía de montaña son algunas veces medianamente
ácidas, debido a la disolución en ellas del bióxido de carbono libre. Generalmente
estas aguas atacan únicamente la superficie del concreto si éste es de buena
calidad y tiene baja absorción. Sin embargo, algunas aguas minerales que contienen
grandes cantidades de bióxido de carbono o sulfuro de hidrógeno, o ambos, pueden
ocasionar serios daños en el concreto. En el caso del sulfuro de hidrógeno, las
bacterias que convierten este compuesto a ácido sulfúrico pueden jugar un rol
importante.
Los ácidos hidroclorhídrico; hidrofluohídrico; muriático; nítrico; sulfúrico; y
sulfuroso; desintegran el concreto. El ácido oxálico no produce ningún daño. Las
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aguas ácidas naturales podrían erosionar la superficie del mortero, pero usualmente
la acción se detiene.
El ACIDO CARBONICO es el resultado de la carbonatación, la cual es un
tipo particular de reacción ácida de excepcional importancia en la durabilidad del
concreto. La carbonatación se debe a la penetración por difusión del dióxido de
carbono o anhídrido carbónico (CO2) del aire atmosférico o del suelo, en la
estructura porosa de la superficie del concreto. El proceso origina los siguientes
fenómenos:
a) El gas carbónico se disuelve en algunos de los poros y
reacciona con los componentes alcalinos de la fase acuosa del
concreto produciendo ácido carbónico.
b) El ácido carbónico convierte al hidróxido de calcio Ca(OH)2,
liberado y depositado en los poros durante la hidratación del
cemento (conocido como la cal libre del cemento), en
carbonato de calcio (CaCO3) y agua. La reacción tiene la
siguiente forma:
Ca(OF)2 + CO2 = Ca CO3 + H2O
c) Ocurre un descenso significativo del pH en la capa superficial
del concreto (su valor usual de 13 baja hasta valores de 9), y al
perder su basicidad deja de ser un elemento protector de la
corrosión del acero de refuerzo. Es decir que a medida que
avanza la penetración de la carbonatación, conocida como
“frente de carbonatación” se pierde el efecto de capa
pasivadora que tiene el recubrimiento del concreto.
d) Tiene lugar una retracción adicional en el concreto (como
consecuencia de la disminución que se da en el volumen de la
pasta) conocida como “contracción por carbonatación”. Esta
contraccción adicional, se suma a la contracción por secado.
El proceso es más intenso cuanto más importantes son los cambios de humedad y
más elevada la temperatura. Este fenómeno también se presenta de manera
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significativa en ambientes cuya humedad relativa se encuentra entre 65% y 98%. Si
el concreto permanece saturado o está permanentemente seco no hay
carbonatación. De otra parte el proceso también es más intenso en la medida que es
mayor la permerabilidfad del concreto. De ahí la importancia, ante la posibilidad de
estos ataques, de trabajar con mezclas cuya relación agua-cemento esté por debajo
de 0,5 y además sean bien curadas.
Originalmente se consideraba que la carbonatación podía ocurrir solamente por
penetración del CO2 del aire atmosférico; sin embargo se ha comprobado que
también puede suceder que la lluvia absorva dióxido de carbono y penetre el suelo
en forma de ácido carbónico; o que en las aguas freáticas o subterraneas esté
presente éste ácido; o simplemente que se aporte CO2 adicional a través del ácido
húmico que se forma por descomposición de la materia orgánica. De cualquier
manera, lo anterior conduce a que pueda haber CO2 en el suelo y que éste penetre
al concreto. Algunos investigadores han concluído que si el agua freática contiene
más de 20 mg/l (ppm) de CO2 y está relativamente quieta ó contiene más de 10
mg/l (ppm) de CO2 pero está en movimiento, ello puede producir una carbonatación
apreciable de la pasta de cemento, si hay ciclos de humedecimiento y secado. De
manera aproximada, la profundidad del frente de carbonatación es proporcional a la
raiz cuadrada del tiempo, medido en años, multiplicada por el coeficiente de
carbonatación de acuerdo con la segunda ley de difusión de Fick.
6.- ATAQUE POR ACIDOS ORGANICOS
.6.1.- GENERALIDADES
Algunos ácidos orgánicos pueden entrar en contacto con el concreto y
ejercer un efecto destructivo sobre el mismo. Los ácidos orgánicos pueden ser
divididos en dos grupos. El primero incluye ácidos de relativamente bajo peso
molecular, tales como el ácido láctico y el ácido butírico, derivados de la leche y de
la mantequilla; el ácido acético, el cual se encuentra en el vinagre y en conservas en
base a éste; y otros ácidos como el oxálico y el tartárico. Estos ácidos son todos
solubles en agua. El segundo grupo incluye aceites de alto peso molecular tales
como el ácido oleico, ácido esteárico y ácido palmítico, los cuales se presentan
como constituyentes de diversos aceites y grasas.
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6.2.- ACIDOS DE BAJO PESO MOLECULAR
La severidad del ataque al concreto por los ácidos orgánicos acético, láctico,
butírico, cítrico, málico, tartárico y oxálico depende de la concentración y
temperatura. El primero es el principal ácido del vinagre; el láctico se encuentra en la
leche y cerveza agrias; el butírico se forma en la mantequilla rancia.
El ACIDO ACETICO ataca a los cementos y concretos ya fraguados. En una
solución al 5%, la máxima concentración recomendada en un vinagre, él tiene una
acción importante en unos pocos meses. En esta concentración los cementos con
alto contenido de alúmina son más severamente afectados, pero son más
resistentes a soluciones por debajo del 0.5%. En el caso del ACIDO ACETICO, el
empleo de los cementos portland puzolánicos y los cementos de escoria de alto
horno da mezclas que son más resistentes que aquellas en que sólo se ha utilizado
cemento portland. Para protección contra las soluciones débiles se ha empleado
pinturas resistentes a los ácidos, pero para las soluciones más fuertes se requiere
recubrimientos más adecuados, al igual que en el caso del ácido láctico.
El ACIDO LACTICO tiene una acción sumamente destructiva sobre el
concreto fraguado y se han experimentado efectos muy dañinos en los pisos de
concreto de fábricas de queso y envasadoras de leche. Los daños son mayores
cuando el piso también está sometido a abrasión pesada debida a los carros
transportadores de leche. Igualmente se han experimentado daños en pisos de
ladrillo terrajeados con mortero pobre. Cuando los especímenes de mortero o
concreto están inmersos en soluciones del ACIDO LACTICO, el cemento es
gradualmente disuelto dejando el agregado grueso expuesto hasta que
eventualmente todo el material cementante ha sido removido. Durante esta acción
no ocurre expansión. En soluciones de ACIDO LACTICO con concentraciones
mayores del 1%, los cementos de alto contenido de alúmina son atacados más
rápidamente que los cementos portland, pero se volverán progresivamente más
resistentes conforme la solución sea más diluida. Por ello, los efluentes de fábricas
que contienen ácido láctico u otros ácidos con pH menor de 4, si se emplea cemento
aluminoso resistirán mejor, en tanto que los concretos de cemento portland serán
atacados. Cuando se trata de ataques por ACIDO LACTICO los cementos
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resistentes a los ácidos son también empleados para la unión de pisos de material
arcilloso en plantas de procesamiento de leche o ambientes de embotellamiento. Ni
los cementos puzolánicos ni los de escoria de alto horno presentan ventajas
significativas sobre los cementos portland cuando se trata de este ácido. Los
cementos de escorias de alto horno tienen la desventaja adicional, debido a los
sulfatos presentes, de dar un mal olor cuando están en contacto con las sustancias
ácidas.
Frente al concreto, el ACIDO BUTIRICO tiene una acción similar a la del
ácido láctico. El ataque se produce en silos de almacenamiento. Los ACIDOS
CITRICO Y MALICO tienen una acción similar a la del ácido acético, y en una
solución al 1% atacan seriamente a los concretos de cemento portland dentro del
plazo de un año. El Proceso Ocrate de tratamiento con el gas tetrafloruro de sílice
incrementa en forma importante la resistencia a los ataques.
El ACIDO TARTARICO es similar en su acción sobre el concreto a la de los
ácidos láctico o acético. Soluciones diluídas tales como las que ocurren en jugos de
frutas no tienen, por regla general, mucho efecto, pero los jugos pueden afectar
adversamente. Por esta razón y debido a que el azucar también está presente en los
jugos, algún tratamiento superficial del concreto puede ser recomendable, por
ejemplo con silicofluoruros.
El jugo de manzanas, en el cual el ACIDO MALICO ocurre, puede causar
serios deterioros en los concretos de cemento portland ó de cemento de alto
contenido de alúmina.
El ACIDO OXALICO tiene alguna acción sobre los concretos de cemento
portland, pero su efecto no es serio. El ha sido empleado para tratar superficies de
concreto, obteniéndose mejores resultados que en el caso de otros ácidos. Se forma
una película superficial insoluble de oxalato de calcio. Este ácido no ataca los
concretos a base de alto contenido de alúmina y es, de hecho, venenoso.
El ACIDO FORMICO es corrosivo al concreto. Se utiliza en la industria
papelera, en las plantas de tinte y en las plantas de conservas enlatadas. El
formaldeido en solución acuosa se oxida lentamente para producir ácido fórmico.
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El ACIDO TANICO y los FENOLES, de los cuales el ACIDO CARBOLICO es
un ejemplo, son medianamente corrosivos.
El ACIDO FOSFORICO produce ataque superficial lento. El ACIDO HUMICO
depende en su ataque de la composición del humus, pero podría causar una
desintegración lenta.
6.3.- ACIDOS DE ALTO PESO MOLECULAR Los ácidos palmítico, esteárico y oléico, presentes en algunos aceites y
grasas, conjuntamente con la serie de ácidos alipáticos no saturados y saturados,
tienen todos, aunque insolubles en agua, alguna acción corrosiva sobre el concreto.
La acción destructiva tiende a incrementarse con aumentos en el peso molecular,
tanto del ácido esteárico como del ácido oleico. Los más bajos miembros de esta
serie son una excepción a esta regla.
Estos ácidos grasos de alto peso molecular se encuentran en la industria
como constituyentes de aceites y grasas. Son insolubles en agua y, a temperaturas
ordinarias, los principales son sólidos y de bajo punto de ablandamiento en la serie
de los ácidos estearicos, y líquidos de alto punto de fusión en la serie de los ácidos
oleícos.
En general, estos ácidos como constituyentes de los aceites atacan a los
concretos no protegidos. La desintegración producida es usualmente más
pronunciada con el concreto al aire que cuando está continuamente sumergido en
un piso.
Aunque los concretos a base de cementos portland de escoria de alto horno,
los cementos de alto contenido de alúmina, y los cementos puzolánicos, son algo
menos vulnerables que los concretos a base de los cementos portland, su acción es
cuestionable cuando las diferencias son suficientemente considerables para tener
alguna significación práctica.
7.- ACEITES Y GRASAS VEGETALES Y ANIMALES
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Los aceites y grasas vegetales y animales son productos naturales
compuestos principalmente de glicéridos, u otros esteres, o de los miembros más
altos de la serie de ácidos grasos, pero en algunos casos ellos tambien contienen
cantidades importantes de alcoholes y ácidos grasos libres. Algunos aceites
vegetales contienen pequeñas cantidades de ácidos grasos libres produciendo
deterioro lento de la superficie del concreto.
El glicerol (o glicerina en nomenclatura comercial) es el principal
constituyente alcohólico de aceites y grasas y él se presenta como estearato de
glicerina (estearina) en sebos y mantecas; como palmito de glicerina (palmitín) en
aceite de palma, y como oleato de glicerina (olein) en el aceite de oliva. La glicerina,
la cual es soluble en agua, ataca al concreto lentamente por reacción y con
disolución del hidróxido de calcio.
Los aceites de origen vegetal, aún cuando sean frescos, usualmente
contienen cantidades apreciables de ácidos grasos libres. Las grasas animales,
cuando están frescas, generalmente contienen pequeñas cantidades de ácido libre,
pero el volumen se incrementa con la exposición a la atmósfera. La ranciedad
consiste en el desarrollo de determinados ácidos grasos libres oxidados presentes
en aceites y grasas.
Las glicerinas y otros esteres son rotos por hidrólisis en sus constituyentes
alcohol y componentes ácidos. Este proceso, conocido como saponificación, puede
ser producido por soluciones ácidas o alcalinas. Cuando los aceites toman contacto
con el concreto, la cal libre presente en el cemento fraguado saponifica el material,
formando una sal cálcica del ácido graso y liberando el alcohol polihídrico. Este
alcohol, por si mismo, puede a menudo reaccionar con la cal.
Así con la oleina se forma calcio oleico y glicerina, y esta última reacciona en
el futuro con más cal para formar glicerina cálcica. Este es un ejemplo típico del
mecanismo de acción destructiva de los aceites y grasas saponificados sobre el
concreto. Si también están presentes ácidos libres, como es a menudo el caso, ellos
también atacan al concreto para formar sus sales de calcio.
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Los aceites animales frescos contienen pequeñas cantidades de ácido, pero
los aceites animales rancios contienen una cantidad considerablemente mayor y son
corrosivos. Los aceites de pescado pueden ser más corrosivos que los aceites
animales.
Los ácidos orgánicos de origen industrial pueden producir daños superficiales
en el concreto, pudiendo producir daños serios en los pisos aún cuando el conjunto
estructural no sea afectado.
Las soluciones azucaradas son deteriorantes, especialmente sobre concreto
muy nuevo. Una concentración del 3% puede corroer en forma gradual el concreto.
Una pequeña cantidad de azucar en el agua de la mezcla podría retardar
significativamente o inhibir la fragua.
8.- LIXIVIACION
Las aguas blandas, es decir aquellas que tengan pocas impurezas (p.e.,
aguas libres de sales; aguas de condensación industrial; aguas de fusión de
glaciares, nieve o lluvia; y algunas aguas de pantano o subterraneas), disuelven los
compuestos cálcicos del concreto de igual manera que los ácidos; y por lo tanto, el
resultado es la descomposición y lixiviación de la pasta endurecida.
Así, la lixiviación resulta ser una forma suave de desarreglo que ocurre
cuando el agua disuelve componentes en el concreto. El cemento Pórtland hidratado
contiene hasta 25% a 30% de hidróxido de calcio, Ca(OH)2, el cual es soluble en
agua. Este componente, con mucha probabilidad, será lixiviado desde el concreto.
Debido a que el hidróxido de calcio es más soluble en agua fría, el agua que viene
de los riachuelos de las montañas es más agresiva que el agua más caliente.
La lixiviación del hidróxido de calcio que contiene el concreto, es decir la
disminución de su contenido de CaO, trae como consecuencia la degradación de
otros componentes de la pasta hidratada (silicatos, aluminatos y ferritos), y por ello el
concreto pierde resistencia y se desintegra.
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La lixiviación produce una apariencia arenosa en las superficies expuestas de
concreto de los revestimientos de canales, canalones o tuberías. Si el agua pasa a
través de grietas o juntas, la lixiviación también puede erosionar el concreto interno.
En el concreto poroso, con una alta relación agua/cementante, la lixiviación puede
remover suficiente hidróxido de calcio para reducir la resistencia del concreto. Sin
embargo, generalmente es sólo un problema cosmético.
9.- RECOMENDACIONES
Puede obtenerse adecuada protección contra ataques moderados de ácidos
si se tiene un concreto denso de baja relación agua-cementante, el cual ha sido
adecuadamente hidratado mediante un curado conveniente.
Ningún concreto puede resistir largo tiempo el ataque por aguas con una alta
concentración de ácidos. En estos casos es recomendable un recubrimiento de la
estructura, o un tratamiento superficial adecuado. Puesto que ningún concreto de
cemento portland es totalmente inmune al ataque de ácidos, las adiciones pueden
usarse sólo para disminuir la tasa de deterioro.
Los aditivos reductores de agua, incluyendo los superplastificantes, reducen
la relación agua-cemento, y por lo tanto, la permeabilidad. Sin embargo, a medida
que el concreto se deteriora, nuevas superficies están expuestas al ácido,
especialmente cuando los productos de la reacción son solubles. Los ácidos oxálico
y fosfórico forman productos de reacción insolubles que no se pueden quitar
fácilmente. Para los concretos expuestos a estos ácidos, al reducir la permeabilidad
con aditivos tales como reductores de agua o adiciones tales como las puzolanas, se
puede incrementar la vida de servicio.
Determinados materiales puzolánicos, especialmente las microsílices,
incrementan la resistencia del concreto a los ácidos. En todos los casos, sin
embargo, el tiempo de exposición a los ácidos deberá ser minimizado, si ello es
posible, y la inmersión deberá ser evitada.
Los concretos preparados con cementos que no son hidráulicos,
independientemente de su composición, deberán tener alta resistencia a aguas
ácidas con pH de 3 ó menor. En tales casos deberá emplearse un tratamiento o un
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sistema de barrera protectora. Se recomienda emplear las recomendaciones dadas
por el ACI 515.1R para sistemas de barreras protectoras del concreto de la acción
de diversos químicos.
También se ha empleado microsílices para mejorar la resistencia al ataque
de ácidos, convirtiendo al hidróxido de calcio en CSH, y reduciendo la permeabilidad
del concreto. En estudios de laboratorio se ha utilizado hasta 30% de microsílice en
peso del cemento, lográndose incrementar la resistencia de concretos a algunos
ácidos. Sin embargo, inclusive las grandes dosis de microsílice no mejoraron
marcadamente la resistencia a los ácidos. Las probetas conteniendo 25% de
microsílice fallaron después de solamente 5 ciclos en una solución del 5% de ácido
sulfúrico, y las probetas con 30% de microsílice soportaron únicamente 32 ciclos en
una solución de ácido sulfúrico.
10.- CONCLUSIONES
El análisis anterior permite llegar a las siguientes conclusiones:
a) El concreto de cemento portland no resiste bien los ácidos. Sin
embargo, la velocidad con que los ácidos destruyen el concreto
depende de
.- La resistencia a ácidos y su concentración.
.- Temperatura de la solución del ácido.
.- Condiciones de exposición a soluciones estáticas o movibles.
.- Solubilidad de productos de reacción.
b) Los ácidos sulfúrico, hidroclorídrico y nítrico, son fuertes y altamente
agresivos. La agresividad se incrementa al aumentar la concentración
y la temperatura del ácido.
c) Las soluciones movibles son más agresivas que las soluciones
estáticas, debido a que constantemente nuevo ácido llega a estar en
contacto con el concreto.
d) Los ácidos que forman los productos solubles de reacción,
generalmente son más agresivos que los ácidos que forman
productos insolubles de reacción.
Durabilidad del ConcretoIng. Enrique Rivva López
INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA - ICG Telefax: (01) 421-7896 / [email protected] / www.construccion.org.pe
Igualmente se sabe que el ácido ataca al concreto disolviendo los productos
de hidratación del cemento o a través de reacciones químicas ácido-base. El
hidróxido de calcio, el producto de reacción que se disuelve más rápidamente, es
atacado aún por las concentraciones suaves o bajas de soluciones de ácido. Los
ácidos más fuertes y más concentrados atacan a todos los hidratos de silicato de
calcio.
Dado que ningún concreto de cemento portland es totalmente inmune al
ataque de ácidos, los aditivos pueden usarse sólo para disminuir la tasa de
deterioro. Los aditivos reductores de agua, incluyendo los superplastificantes,
reducen la relación agua-cemento y, por lo tanto, la permeabilidad. Sin embargo, a
medida que el concreto se deteriora, nuevas superficies están expuestas al ácido,
especialmente cuando los productos de la reacción son solubles.
Los ácidos oxálico y fosfórico forman productos de reacción insolubles que
no se pueden quitar fácilmente. Para los concretos expuestos a estos ácidos, la
permeabilidad del concreto se reduce con aditivos tales como reductores de agua o
puzolana.
Las microsílices tienen un campo de acción diferente al sumar su notable
incremento de la impermeabilidad, a su disminución de porosidad, y significativo
aumento de la resistencia.
Finalmente conviene indicar que antes de decidir el uso de una combinación
de aditivos para mejorar la resistencia al ataque químico en general y el ataque por
ácidos en particular, se sugiere las pruebas en servicio. Las pruebas de diferentes
combinaciones en instalaciones existentes, pueden proporcionar datos que
ayudarán a cuantificar los efectos del aditivo en el rendimiento. Estos datos pueden
ser empleados para determinar si algún incremento en la vida de diseño del concreto
es lo suficientemente significativo para justificar el costo agregado del aditivo usado.