Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López
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 reacción de la pasta con con los ácidos inorgánicos y orgánicos, 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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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 aguacemento 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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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 concreto están inmersos gradualmente
disuelto
en soluciones del dejando
el
especímenes de
mortero o
ACIDO LACTICO, el cemento es
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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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 r egla.
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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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 r eacciona 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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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 c emento 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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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 c osmético.
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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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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
b)
.-
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.
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.
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Durabilidad del Concreto Ing. Enrique Rivva López 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.
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