Ataques quimicos por sulfatos al hormigon.
Los sulfatos de sodio, potasio, calcio o magnesio1 que ocurren en la naturaleza, los cuales pueden atacar al hormigón endurecido, algunas veces se encuentran en el suelo y otras disueltos en el agua adyacente a las estructuras de hormigón.
Las sales de sulfato en solución ingresan al hormigón y atacan los materiales cementicios.
Si en una superficie expuesta al aire se produce evaporación, los iones sulfato se pueden concentrar cerca de dicha cara y aumentar el potencial de deterioro. Se han producido ataques por sulfatos en diferentes lugares del mundo; Muchas de estas sustancias se encuentran en forma de minerales, y los informes sobre ataques de sulfatos muchas veces utilizan los nombres de estos minerales.
El agua que se utiliza en las torres de enfriamiento de hormigón también puede ser una potencial fuente de ataque por sulfatos debido a la evaporación, particularmente si estos sistemas utilizan cantidades relativamente pequeñas de agua de reemplazo.
También puede haber iones sulfato en los materiales que contienen desechos industriales, tales como las escorias obtenidas del procesamiento de hierro, cenizas y aguas subterráneas que contienen estos materiales.
El agua de mar y los suelos costeros embebidos en agua de mar constituyen un tipo de exposición particular. La Sección 2.3 contiene recomendaciones para el hormigón expuesto al agua de mar.
Las dos consecuencias del ataque por sulfatos sobre los componentes del hormigón mejor conocidas son la formación de etringita (aluminato de calcio trisulfato 32-hidratado, CAOAl2O3 3CaSO4 32H2O) y yeso (sulfato de calcio dihidratado, CaSO4 2H2O).
La formación de etringita puede generar un aumento del volumen sólido, provocando expansión y fisuración. La formación de yeso puede provocar ablandamiento y pérdida de resistencia del hormigón. Sin embargo, la presencia de etringita o yeso en el hormigón no constituye por sí misma una indicación de ataque por sulfatos; la evidencia de un ataque por sulfatos se debería verificar mediante análisis químicos y petrográficos. Si la solución de sulfatos que provoca el ataque contiene sulfato de magnesio, además de etringita y yeso se produce brucita (Mg(OH)2, hidróxido de magnesio).
Algunos de los procesos relacionados con los sulfatos pueden dañar al hormigón incluso sin expansión. Por ejemplo, un hormigón expuesto a sulfatos solubles puede sufrir ablandamiento de la matriz de la pasta o un aumento de su porosidad global; estos dos efectos pueden reducir su durabilidad.
Las publicaciones que discuten detalladamente estos mecanismos incluyen los trabajos de Lea (1971), Hewlett (1998), Mehta (1976, 1992), DePuy (1994), Taylor (1997) y Skalny et al. (1998).
Las publicaciones que enfatizan particularmente la permeabilidad y la capacidad del hormigón para resistir el ingreso y el movimiento del agua incluyen los trabajos de Reinhardt (1997), Hearn et al. (1994), Hearn y Young (1999), Diamond (1998) y Diamond y Lee (1999).
La protección contra los ataques por sulfatos se logra utilizando hormigones que retrasen el ingreso y el movimiento del agua e ingredientes adecuados para producir hormigones que tengan la resistencia a los sulfatos necesaria.
El ingreso y el movimiento del agua se reducen disminuyendo la relación w/c. Se debe tener cuidado para asegurar que el hormigón se diseñe y construya de manera tal de minimizar la fisuración por contracción.
Incorporar aire resulta beneficioso si es acompañado por una reducción de la relación w/c (Verbeck 1968). Para minimizar el ingreso y el movimiento del agua, la cual es la portadora de las sales agresivas, es fundamental colocar, compactar, acabar y curar el hormigón adecuadamente.
La norma ASTM C 150 incluye al cemento resistente a los sulfatos Tipo V, para el cual el contenido máximo calculado de C3A permitido es de 5%, y el cemento moderadamente resistente a los sulfatos Tipo II, para el cual el contenido máximo calculado de C3A permitido está limitado a 8%. También hay algunas evidencias que indican que la alúmina presente en la fase aluminoferrítica del cemento pórtland podría participar en los ataques por sulfatos.
En consecuencia, la norma ASTM C 150 establece que en el cemento Tipo V el contenido de C4A+2C3A no debe ser mayor que 25%, a menos que se invoque el requisito alternativo que se basa en el uso del ensayo de comportamiento (ASTM c 452). En el caso del cemento Tipo V, en lugar de los requisitos químicos se puede utilizar el ensayo de expansión por sulfatos (ASTM 452) (Mather 1978b).
Patrias (1991) discute el uso de ASTM C 1012. En la Tabla 2.3 presentamos recomendaciones acerca de la máxima relación w/c para los hormigones que estarán expuestos a sulfatos presentes en el suelo o el agua subterránea.
Las dos recomendaciones son importantes. Para lograr una resistencia satisfactoria a los ataques por sulfatos no alcanza con establecer limitaciones relacionadas con el tipo de material cementicio a utilizar (Kalousek et al. 1976).
La Tabla 2.3 contiene recomendaciones para diferentes grados de exposición potencial. Estas recomendaciones están diseñadas para proteger al hormigón contra los sulfatos provenientes de fuentes externas, como por ejemplo aquellos presentes en el suelo y el agua subterránea.
En obra, las condiciones de exposición del hormigón a los sulfatos son muchas y muy variables. Entre otros factores, la agresividad de las condiciones depende de la saturación del suelo, del movimiento del agua, de la temperatura y la humedad ambiente, de la concentración de los sulfatos y del tipo de sulfato o combinación de sulfatos involucrados.
Dependiendo de estas variables, generalmente las soluciones que contienen sulfato de calcio son menos agresivas que las que contienen sulfato de sodio, las cuales a su vez en general son menos agresivas que las que contienen sulfato de magnesio.
