REACCIÓN ALCALI-AGREGADO
Una de las causas de deterioro
del concreto, que ha sido objeto de más estudios en los últimos cuarenta años,
es la denominada reacción álcali-agregado, que se origina entre determinados
agregados activos y los óxidos de sodio y potasio del cemento. La reacción se
inicia en la superficie del agregado y se produce en la interfase con la pasta
de cemento, formando un gel que absorbe agua y dilata creando presiones
internas que llevan a la rotura del material.
La reacción álcali-agregado comprende los siguientes
sistemas:
- Reacción álcali-sílice
- Reacción álcali-silicato
- Reacción álcali-carbonato
El Sodio y el Potasio pueden
reaccionar en presencia de iones OH sea con la sílice amorfa (ópalo,
calcedonia), sea con los silicatos (granitos, esquistos, feldespatos, micas,
basaltos), sea con los calcáreos arcillosos dolomíticos.
La reacción de la sílice con los
álcalis da nacimiento a sales expansivas, SiO2-Na2O-K2O-CaO-H2O que
llevan a la fisuración del concreto.
La reacción álcali-agregado se caracteriza por la
presencia de dos zonas alrededor de la mayoría de los agregados fracturados y a
lo largo del plano de rotura: Una de ellas externa y oscura, en contacto con
los agregados es un gel rico en SiO2 conteniendo además Ca y K. La
otra interna y blanca, está formada por cristales en forma de hojas más o menos
dispersas, conteniendo Si, K y Ca.
El agrietamiento, en concretos con restricciones
tiene la forma de un "mapa", Figura 1. En concreto armado las fisuras
pueden ser paralelas al refuerzo. A través de las grietas se efectúa la
exudación del gel con carácter viscoso, que- en contacto con CO2 de la
atmósfera endurece con una coloración blanca.
Este depósito en la superficie
del concreto puede confundirse con el gel del hidróxido de calcio cristalizado
y otros productos de hidratación del cemento. Una forma de probar la ocurrencia
de la reacción álcali-sílice es el examen microscópico con 50 aumentos de la
superficie pulimentada del gel del interior del concreto. Los análisis químicos
no son apropiados para este propósito.
También se ha desarrollado un método para confirmar
la presencia del fenómeno, determinando la expansión de muestras extraídas del
concreto endurecido, sometidas a elevadas temperaturas y al 100% de humedad
relativa.
Pese al tiempo transcurrido,
desde los estudios iniciales de Stanton en 1940, la reacción álcali-agregado
que ha sido descrita en una abundante bibliografía, es insuficientemente conocida,
y no se ha llegado a ninguna conclusión sobre los mecanismos de la reacción, de
la expansión y la deterioración que origina. Parece ser que conforme se tiene
un mayor y más profundo conocimiento del fenómeno, la solución aparece más
compleja y difícil, por la diversidad de parámetros que la afecta.
Dentro del limitado conocimiento
existente la solución del problema de la reacción álcali-agregado resulta
aparentemente obvia, adoptando la alternativa de utilizar agregados reactivos
con un cemento portland de reducido porcentaje de álcalis. Sin embargo, esta
decisión conviene adoptarla, luego de cuidadoso estudio y habiendo descartado
otras opciones.
Reacción Álcali-Silice:
La reacción álcali-sílice se ha
presentado únicamente en algunas regiones del globo. Se encuentra de manera
preponderante en los Estados Unidos de Norteamérica, extendida en la zona
central que comprende los estados de Oklahoma, Kansas, Nebraska e Iowa. También
en algunas áreas de Australia, Nueva Zelanda, Dinamarca y la India.
En Latinoamérica, no se han
presentado reacciones de este tipo, con excepción de algunas localizadas en
Brasil y Chile. En el Perú, no se conocen casos, pero tampoco se cuenta con un
estudio de yacimientos de agregados a nivel nacional.
Estas reacciones se presentan
con mayor intensidad en climas cálidos por los siguientes factores: elevada
humedad de ambiente; temperatura, en especial de 20° a 40°C; y fisuras previas
de contracción plástica.
El
Comité 201 del ACI en el documento Guide to Durable Concrete-ACI 201.2R-77
(Reapproved 1982), reproduce la tabla formulada por W.J. Halstead en 1958, para
clasificar rocas y minerales naturales y vidrios sintéticos que pueden
reaccionar expansiva y destructivamente con los álcalis del hormigón. (Tabla
1).
Cuando no se tiene experiencia
previa del comportamiento activo del agregado, no es posible evaluarlo
cabalmente por la carencia de un método rápido y seguro. Usualmente se parte
por la investigación petrográfica de los agregados para lo cual se cuenta con
la norma ASTM C-295. Sin embargo, este procedimiento no sólo requiere experiencia
en los técnicos que lo aplican, sino que además produce únicamente resultados
de orientación.
Un método de estudio químico que
ha acumulado importantes experiencias para determinar la re actividad potencial
de los agregados, es descrito en la norma ASTM C-289. Sin embargo, los
resultados que se obtienen no son claros y en la mayoría de los casos se
requiere de otro tipo de ensayos. A pesar de ello, esta norma es de extendida
aplicación por la rapidez y facilidad de ejecución, en cuanto mide la reducción
de la alcalinidad de una solución de hidróxido de sodio cuando se encuentra en
contacto con agregado molturado, determinándose la cantidad de sílice disuelta.
El método más concluyente es el
que determina la potencial reactividad alcalina de la combinación de cemento y
agregado, que ha sido especificado en la norma ASTM G-227. La dificultad de
este procedimiento está en que requiere un largo proceso, no menor de 6 meses,
para determinar el comportamiento del agregado.
El ensayo en esencia es simple.
Consiste en preparar un especimen prismático del mortero, utilizando el
agregado en estudio, con granulometría especificada, y un cemento con contenido
de álcalis mayor del 0.6%. Los especímenes se conservan en agua a 38°C,
midiéndose su expansión luego de 3 a 6 meses. El agregado se considera
reactivo, si el incremento de longitud del especimen es más del 0.05% en el
primer caso, y de más del 0.1% al término de la prueba.
La norma de cemento del ASTM
C-150 y aquellas que la toman como antecedente, como es el caso de la norma
ITINTEC, establece que en caso de utilizarse agregados reactivos puede
especificarse cementos de bajo contenido de álcalis, limitados al 0.6% y
expresado en óxido de sodio según la relación: Na2 + 0.658K2O.
La norma ITINTEC de requisitos de
los agregados para concreto, restringe esta exigencia opcional al caso de los
concretos sujetos a la acción de la humedad, en cuanto la reacción ocurre en
presencia del agua.
En la última década se ha
cuestionado el límite fijado para los cementos de bajo contenido de álcalis,
que se considera arbitrario. No todos los álcalis contenidos en el cemento son
igualmente disponibles para la reacción. Existe influencia de la forma en que
se encuentran los álcalis, sea sal neutra o básica, en la magnitud de la reacción.
Por otra parte, los álcalis que actúan sobre los agregados en el concreto
pueden provenir, además del cemento de los mismos agregados del agua y de los
aditivos.
Estudios experimentales han
establecido que la expansión no siempre es proporcional al contenido de álcalis
del cemento. En determinadas circunstancias, los cementos con mayor contenido
de álcalis no producen siempre la mayor expansión.
A nivel internacional, excepción
de los países que siguen la norma ASTM, no se especifica limitación para los
álcalis dentro de las normas de cemento, salvo los casos de Bélgica y otros
países como Argentina, Brasil que lo aplican a los cementos resistentes a los
sulfatos, y la China, India y Alemania a los cementos de escoria.
En los Estados Unidos, la Agencia Federal de Energía
ha propuesto la modificación del energía en la producción del cemento.
Dentro de este contexto se ha propuesto modificar el
contenido máximo
de álcalis de 0.9 01.1%.
La tendencia actual en Europa, específicamente en
Alemania y Dinamarca, y en sectores de los Estados Unidos, tiende a dar más
responsabilidad al diseño de mezclas, para la selección del cemento, teniendo
en cuenta la reactividad del agregado y el contenido de álcalis por unidad de
volumen del concreto.
En estudios efectuados por S.
Sprungs, adoptando el criterio del contenido de álcalis por m3 del
concreto, se concluye que con toda seguridad, con dosificaciones hasta 320 Kg/m3 de
cemento rico en álcalis, no hay peligro de expansión. Figura 2.
En investigaciones desarrolladas
en Sudáfrica. citados por RE. Oberholster y colaboradores, se establece las
relaciones de la Figura 3, que determinan que por encima de13.8 Kg. de álcalis
por m3,
se presenta la reacción, siendo inocuas contenidos menores de 1.8 Kg. y
quedando entre ambos valores una franja de potencial reactividad.
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 arcillas, 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 la presión interna debida al crecimiento de los
cristales.
Para apreciar las posibilidades
expansivas de los materiales calcáreos se utiliza la norma ASTM 586
"Potential alkali reactivity of carbonate rocks for concrete aggregates
(rock cylinder method").
Reacción Alcali-Silicato
Este tipo de reacción no debe
ser confundida con aquellas otras comprendidas dentro de la denominación
álcali-agregados. Sin embargo, en algunos casos puede presentarse conjuntamente
con la reacción álcali-sílice. Se caracteriza porque progresa más lentamente y
forma gel en muy pequeña cantidad. Se estima que esta reacción se debe a la
presencia de ciertos filosilicatos.En
general, el conocimiento de este complejo fenómeno es incipiente y no se ha
llegado a conclusiones definitivas sobre el mecanismo de expansión y el
deterioro que ocasiona.
Fuente: ASOCEM
No hay comentarios:
Publicar un comentario