Carbonatación a fondo (1) Conceptos

Vamos a estudiar en las siguientes entradas de este monográfico el fenómeno de la carbonatación a fondo. Solo conociendo en profundidad este proceso podremos actuar consecuentemente para reducir riesgos y aumentar la durabilidad de las estructuras de hormigón armado. Veremos, entre otros contenidos, por qué el test de la fenolftaleína no es el mejor indicador que podemos usar para medir la carbonatación; que un hormigón carbonatado no tiene por qué ser un mal hormigón; o cómo actuar ante distintos grados de carbonatación. La mayoría de las lesiones que presentan las estructuras de hormigón son fruto de la carbonatación, pero no debemos ceñirnos a las estructuras dañadas. El estudio de la carbonatación del hormigón o concreto debe enfocarse a la investigación de la durabilidad y a la posibilidad de sufrir una degradación temprana.

Carbonatación a fondo (1) Conceptos

Fenolftaleína sin diluir

Cabe destacar, en primer lugar, que la carbonatación es un fenómeno químico natural. A los pocos días del hormigonado la superficie exterior del hormigón queda carbonatada. Los humanos transformamos los minerales y elementos que se encuentran en la naturaleza para darles mayor y mejor utilidad, pero el medio agresivo en el que vivimos los intenta devolver a su estado de equilibrio con el entorno. Por ejemplo, el hierro lo encontramos en su estado natural como óxido, lo transformamos, utilizamos, y la corrosión lo revierte a su estado original a menos que le brindemos protección. La lucha contra la carbonatación es un difícil combate contra el entorno. En el “El Arte de la Guerra” Sun Tzu proponía: “Conoce a tu enemigo y conócete a ti mismo y nunca saldrás derrotado. Si eres ignorante de tu enemigo pero te conoces a ti mismo, tus oportunidades de ganar o perder son las mismas.” Ya suponemos cómo será el resultado no conocerse (o en este caso, no conocer lo que realmente sabemos) y no conocer al “enemigo”.

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La carbonatación es el síndrome de inmunodeficiencia del hormigón armado (ojo, armado) Cuando en el pasado decidimos poner acero dentro del hormigón para mejorar su capacidad mecánica nos encontramos con una grata sorpresa: la pareja se llevaba a las mil maravillas. El acero proporcionaba resistencia al hormigón frente a acciones a las que era muy débil, y el acero era poco resistente a la corrosión, pero el hormigón le ofrecía un abrigo alcalino muy confortable y casi infranqueable. Y es que con el PH superior a 12,5 que presenta un hormigón común no hay corrosión posible por los medios más agresivos: el oxígeno y las sales. No es su única arma. En la masa del hormigón hay algo que se denomina reserva alcalina. No entraremos más de lo necesario en la química del hormigón, pero antes de comenzar, veamos algunos conceptos importantes que manejaremos posteriormente:

Fase: Cuando hagamos referencia a una fase lo haremos en el sentido químico, el cual alude a una parte del sistema (hormigón) que cuenta con unas características químicas y propiedades físicas homogéneas. Por ejemplo, un cubito de hielo y el agua líquida tendrían el mismo componente: H2O, pero son serían fases distintas. El mármol y la caliza también están compuestos por carbonato cálcico y al tener fases distintas tienen, asimismo, diferentes propiedades.

Interfase: Es la zona de contacto o unión entre dos fases distintas.

Carbonatación: A modo general, la carbonatación es una reacción química en la que el hidróxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono y forma carbonato cálcico insoluble:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Este no es un proceso químico exclusivo del hormigón. Se da, por ejemplo, en la fabricación de la cerveza.

Difusión: Proceso en el que las partículas acceden a un medio donde no estaban presentes buscando el equilibrio sin necesidad de un aporte de energía. La difusión se rige por la ley de Fick. El paso de partículas se produce a través de una membrana (en este caso, el hormigón) a favor del gradiente de concentración. La difusión es un proceso físico irreversible.

Para entender el proceso de carbonatación desde el principio fabriquemos un hormigón hidratando el cemento y los agregados. El resultado que obtendremos, a grandes rasgos y sin entrar en compuestos menores, será el siguiente:

Áridos: no sufren modificación significativa de sus características químicas.

-Una interfase entre estos áridos y la pasta hidratada de cemento

-Una fase sólida resultado de la hidratación: formada por el Gel de sílice CSH (aproximadamente un 60% del volumen la pasta) Portlandita (aprox. 25% del volumen) y Etringita (aprox. 15% del volumen)

-Una fase acuosa con iones disueltos (K+, Na+, OH-, Ca2+…)

-Una red porosa.

Desde el punto de vista de la carbonatación nos interesan principalmente tres de estas fases: La Portlandita (hidróxido de calcio), la fase acuosa y la red porosa del hormigón.

La Portlandita: [Ca(OH)2] es un medio básico (PH=12) que actúa a favor del alto PH del hormigón, pero es donde se produce la reacción de carbonatación anteriormente comentada:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Como puede comprobarse, en esta reacción es necesaria la presencia de dióxido de carbono (CO2) un gas presente en la atmósfera y necesario para la vida. Este gas no se encuentra siempre en las mismas concentraciones. Las emisiones de CO2 se producen de forma natural por los seres vivos (por ejemplo cuando respiramos) y también por actividades realizadas por el hombre, lo que ha hecho crecer la concentración desmesuradamente en las últimas décadas.

La fase acuosa: En ella se contiene la denominada reserva alcalina con un PH entre 12,6 y 14. Sin entrar en procesos químicos, puede exponerse que esta reserva se crea por el exceso de hidróxido cálcico y se conserva diluida en la fase acuosa para una realcalinización natural (hablaremos también en este monográfico de la realcalinización artificial) El pH de la fase acuosa también disminuye con el ingreso de CO2.

La red porosa: Dependiendo de la cantidad, características y disposición de los poros que se crean en el hormigón fraguado estaremos facilitando o impidiendo el ingreso del CO2.

Nota: Aunque en menor grado, también se dan transformaciones a causa del CO2 en otras fases, como la mencionada del gel de sílice, los aluminatos, sulfoaluminatos, silicatos, ferro‐aluminato cálcicos…La carbonatación del CSH produce descalcificación del gel, formando, además del carbonato cálcico, gel de sílice hidratado:

C-S-H + CO2  → CaCO3 +  SiO2 · xH2O

En la próxima entrada entraremos en el proceso de carbonatación y sus consecuencias. Compartan por favor nuestros artículos. Es vital para que sigamos publicando esta web.

Referencias bibliográficas: de (55) a (60)

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