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Lunes, 12 Noviembre 2018 07:00

Valorización de los áridos utilizados en hormigones de obras hidráulicas con indicios de ataque por sulfatos al hormigón

En el estudio del hormigón de obras hidráulicas es habitual su observación a través del microscopio electrónico de barrido, siendo común detectar etringita, producto de reacción característico de un ataque por sulfatos al hormigón. En estos casos a veces se concluye de forma errónea que el árido utilizado es responsable de la existencia de un ataque por sulfatos, en ocasiones simultáneo a una reacción álcali sílice. El diagnóstico preciso del ataque interno por sulfatos al hormigón debe incluir la realización de análisis químicos del árido y del hormigón, y debe venir acompañado de un estudio petrográfico del árido.

En la presente comunicación se muestran 7 casos de obras con presencia de etringita: 5 presas en las que se ha identificado una reacción álcali sílice y 2 presas antiguas sin patología aparente.

Se ha evaluado si el árido utilizado tiene influencia en un posible ataque por sulfatos, y si existe un contenido en azufre en el hormigón suficiente para que sea posible un ataque por sulfatos con daño real en el hormigón. Para ello, se realiza el estudio de los áridos empleados (estudio petrográfico y contenido en azufre) y del hormigón puesto en obra (contenido en azufre del hormigón, valoración de la dosificación y estudio por microscopía electrónica de barrido).

La valoración de los resultados cuantitativos sobre los diferentes áridos y hormigones ha permitido descartar la existencia de formas de azufre dañinas en los áridos, y de un ataque por sulfatos en el hormigón que esté generando deterio.

1. INTRODUCCIÓN. ATAQUE POR SULFATOS AL HORMIGÓN

El ataque por sulfatos al hormigón es una de las causas de agresión más peligrosas, generando procesos expansivos en el hormigón y pudiendo llegar a producir la desagregación de este material. [1].

El componente agresivo siempre es el azufre, en forma de sulfuro o sulfato. En la bibliografía se diferencia el ataque externo por sulfatos, cuando éstos proceden del agua o suelo en con- tacto con el hormigón, y el ataque interno por sulfatos, cuando proceden de los propios componentes del hormigón. Se describen a continuación los tipos de ataque, las fuentes de sulfatos que lo ocasionan y las medidas preventivas que fija la normativa.

1.1. ATAQUE EXTERNO POR SULFATOS

El ataque externo por sulfatos se produce cuando el hormigón está en contacto con agua o suelo con elevado contenido en sulfatos. Los sulfatos reaccionan con el aluminato de calcio del cemento para formar etringita, con aumento de volumen.

La forma que tendrá el ataque por sulfatos y su agresividad dependerá del tipo de sulfato que entra en contacto con el hormigón (sódico, cálcico o magnésico principalmente)[2].

Para evitar el ataque externo por sulfatos, la Instrucción EHE -08 [3] diferencia distintas agresividades ambientales dependiendo del contenido de sulfatos (Tabla 1).

En función del grado de agresividad del ambiente, la propia Instrucción fija las medidas preventivas necesarias para evitar la aparición de la patología. Entre ellas, la principal es la utilización de cemento con característica adicional de resistencia a los sulfatos (SR).

1.2. ATAQUE INTERNO POR SULFATOS

La etringita es un producto que siempre se forma en el proceso de hidratación del cemento (Fotografía 1). El yeso es un componente del cemento que permite regular la hidratación del aluminato tricálcico, que en ausencia de sulfatos tendría como consecuencia el fraguado rápido, por hidratación directa de los aluminatos [4,5]. Por tanto, durante la hidratación del cemento se forman sulfoaluminatos cálcicos, entre ellos la etringita denominada primaria, que crece durante las primeras horas y que no es generadora de patologías por procesos expansivos [6].

Fotogtrafia 1

Fotografía 1. Pasta de cemento hidratada. a/c: 0,55. A: portlandita; B: tobermorita; C: etringita.[7]

El ataque interno por sulfatos se produce cuando existe un exceso de azufre en los componentes del hormigón: cemento, árido, adiciones y agua de amasado, que hace que se forme etringita una vez finalizado el fraguado (etringita secundaria), generando así patologías por procesos expansivos.

Un exceso de sulfatos en las materias primas del hormigón, bien sea por inadecuada dosificación de yeso en el cemento, contaminación de los áridos o del agua de amasado, pueden ser el origen de un ataque interno por sulfatos. Generalmente, las expansiones por un exceso de sulfatos en las materias primas se producen durante los primeros 6 meses de vida del hormigón [16].

Los sulfuros oxidables [8] en los áridos son una causa importante de ataque interno por sulfatos al hormigón (obras afectadas en Australia [9], Inglaterra [10], Canadá [11,12], Suiza [13] o España [2]).

Hay dos sulfuros de hierro principales: pirita (Fotografía 2) y pirrotina (Fotografía 3). Fotografía 2. Pirita Fotografía 3. Pirrotina

Fotogtrafia 2 y 3

La pirrotina Fe(1-x)S, con x entre 0 y 0,125, es 4 veces más soluble que la pirita, y se considera el sulfuro reactivo más probable en los áridos [14]. La oxidación de los sulfuros produce óxidos de hierro y ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico con la portlandita de la pasta de cemento formarán yeso y/o sulfatos de hierro produciendo ya expansión [15]. El yeso finalmente podrá formar etringita agravando el proceso expansivo.

Cuadro Ponencia

En el caso de los áridos con sulfuros oxidables, el proceso de expansión es mucho más lento que con los sulfatos debido a que la reacción que controla la cinética será la de oxidación de los sulfuros, de ahí que los procesos de expansión por sulfuros oxidables generen daños desde los primeros años de vida de la estructura, pero estos pueden ser prolongados en el tiempo [15].

La última fuente de sulfatos que puede ser origen de patología es el propio cemento y su curado a temperatura elevada. Cuando el curado se realiza por encima de 70ºC, la etringita primaria no se forma en los momentos de endurecimiento inicial, sino que aparecerá con el hormigón ya endurecido, generando así expansión. Este proceso, conocido como formación retardada de etringita (DEF: delayed ettringite formation), presenta baja incidencia de casos reales en obra [16].

Para evitar el ataque interno por sulfatos, la Instrucción EHE-08 y la Instrucción RC-16 fijan los siguientes límites a los componentes del hormigón (Tabla 2).

Tabla 2. Límites de azufre a los componentes principales del hormigón

Componente del Hormigón Límite de azufre
Sulfatos en el agua de amasado expresados en g de SO4 y referidos a litro de agua 1 g SO4/litro (para cemento SR: 5 g SO4/litro)
Compuestos totales de azufre del árido grueso y fino 1,00 % de S en peso de árido seco
Sulfatos solubles en ácido del árido grueso y fino 0,80 % de SO3 en peso de árido seco
Contenido máximo de azufre en forma de pirrotina aportado por los áridos 0,1 % de S en peso de árido seco
*Contenido máximo de sulfatos para cemento tipo 32,5 y 42,5N 3,5% de SO3 en peso de cemento
* Contenido máximo de sulfatos para cemento tipo 42,5R y 52,5 4,0% de SO3 en peso de cemento

*Límites recogidos desde la RC-97 [17] hasta la actualidad RC-16 [18], y de forma similar desde 1988.

1.3. ETRINGITA Y ATAQUE POR SULFATOS

La etringita es el producto de la reacción entre el aluminato tricálcico del cemento con el sulfato cálcico para formar una sal de trisulfoaluminato de calcio hidratado. Analizadas las diferentes formas de ataque por sulfatos existentes (apartados 1.1. y 1.2) queda claro que, independientemente del origen o tipo de azufre responsable del ataque por sulfatos, éste conlleva la formación de etringita (con un aumento de volumen del 227%), causando la expansión del hormigón.

ponencia181112d

Ahora bien, la simple presencia de etringita en poros, huecos y fisuras previas del hormigón no puede ser nunca la prueba definitiva de la existencia de un ataque por sulfatos [16]. En hormigones expuestos al agua durante largos periodos de tiempo (caso habitual en obras hidráulicas), la etringita primaria existente siempre en el hormigón se disuelve lentamente y puede re- cristalizar en zonas menos confinadas, sin causar expansión [19]. Otras patologías del hormigón, como el ataque por hielo deshielo o la reacción álcali sílice aceleran la velocidad a la que la etringita abandona su localización inicial en la pasta para pasar a disolución y recristalizar en otros espacios como huecos y fisuras. Estos huecos son a veces aportados por estas otras pato- logías. La etringita, aunque llegue a llenar por completo huecos y fisuras con cristales grandes en forma de aguja, no deber ser necesariamente interpretada como causa del deterioro o expan- sión del hormigón [16,19,20,21].

En el estudio del hormigón de obras hidráulicas es habitual su observación a través del microscopio electrónico de barrido, siendo común detectar etringita. En estos casos a veces se ha concluido de forma errónea que el árido utilizado es responsable de la existencia de un ataque por sulfatos, en ocasiones simultáneo a una reacción álcali sílice.

Cuando existe etringita en el hormigón y no se identifica un ambiente agresivo de ataque externo, el diagnóstico preciso del ataque interno por sulfatos al hormigón debe incluir la realización de análisis químicos del árido y del hormigón, y debe venir acompañado de un estudio petrográfico del árido.

2. OBJETIVOS

En la presente comunicación se muestran 7 casos de obras hidráulicas con presencia de etringita: 4 presas y un canal en los que se ha identificado una reacción álcali sílice y 2 presas antiguas sin patología aparente. En todos los casos, el estudio por microscopía electrónica de barrido (MEB) ha mostrado la presencia de etringita, sin que el ambiente de exposición de las diferentes estructuras sea agresivo para el hormigón.

Se ha evaluado si el árido utilizado tiene influencia en un posible ataque por sulfatos, y si existe un contenido en azufre en el hormigón suficiente para que sea posible un ataque por sulfatos con daño real en el hormigón. Para ello, se realiza el estudio de los áridos empleados (estudio petrográfico y contenido en azufre) y del hormigón puesto en obra (contenido en azufre del hormigón, valoración de la dosificación y estudio por microscopía electrónica de barrido).

3. RESULTADOS EXPERIMENTALES

A continuación, se muestran las características principales de las estructuras estudiadas y los ensayos realizados.

3.1. OBRAS HIDRÁULICAS ESTUDIADAS

La Tabla 3 recoge las características más importantes de las obras hidráulicas estudiadas. Se ha tratado de recopilar la información de mayor interés sobre materiales empleados, dosificación y ambiente de exposición.

Tabla 3. Características de las obras hidráulicas estudiadas
PRESA y DESCRIPCIÓN

A

  • Presa de gravedad de planta recta y perfil triangular. 69 m de altura y 178 m de longitud en coronación
  • Finalización de la construcción: 1945
  • Cemento común
  • Dosificación macizo de la presa: 200 kg cemento /m3 hormigón
  • Relación a/c: 0,85
  • Agua del embalse no agresiva (0,25 mg SO3/l)

B

  • Aliviadero de presa de gravedad, con altura de 109 m y 166 m de longitud desde coronación
  • Finalización de la construcción: 1960
  • Cemento portland

C

  • Presa de Bóveda cúpula, de 129 m de altura y 600 m de longitud en coronación
  • Finalización de la construcción: 1963
  • Agua de amasado del hormigón exenta sales magnésicas, sulfato cálcico o materia orgánica
  • Cemento portland normal. 300-350 kg cemento/m3 hormigón
  • Relación a/c: 0,6
  • Agua del embalse no agresiva (3,75 mg SO3/l)

D

  • Presa de gravedad de planta recta, con altura desde cimientos de 32 m y 130 m de longitud en coronación
  • Finalización de la construcción: 1931
  • Cemento portland artificial
  • Presa de hormigón en masa

E

  • Presa de 35 contrafuertes, con altura máxima de 20 m y longitud total de 391m en coronación
  • Finalización de la construcción: 1955
  • Se emplea el agua del río, cuyas excelentes condiciones son bien conocidas.
  • 300, 250, 225 y 200 kg de cemento portland kg cemento/m3 hormigón, dependiendo de la zona de la presa

F

  • Presa de gravedad, de 34 m de altura y 227 m de longitud desde coronación
  • Finalización de la construcción: 1967
  • Cemento portland normal. 300 kg cemento/m3 hormigón
  • Relación a/c: 0,6
  • Agua del embalse no agresiva (8,4 mg SO3/l)

G

  • Canal de hormigón armado de sección rectangular y trazado curvilíneo
  • Fecha de construcción: 1970 (?)
  • Cemento portland
  • Agua del canal no agresiva (21,5 mg SO3/l)

En los 7 casos son obras hidráulicas de elevada edad (entre 42 y 87 años). El cemento utilizado es cemento portland común. En las presas se emplean contenidos bajos de cemento (200 a 300 kg cemento/m3 hormigón), salvo en la presa C, de arco bóveda, que se alcanzan los 350 kg de cemento. Finalmente, en ningún caso el agua y terreno en contacto con las obras hidráulicas justifica la existencia de un ataque externo por sulfatos.

3.2. ESTUDIO DEL HORMIGÓN: MEB, PROPIEDADES Y CONTENIDO DE AZUFRE.

Para el estudio del estado del hormigón en obras hidráulicas se realiza siempre el análisis por microscopía electrónica de barrido (MEB) del hormigón de los testigos extraídos de las estructuras. Se muestran en la Tabla 4 las micrografías más representativas obtenidas en estos 7 casos.

Tabla 4. Estudio por MEB de las obras hidráulicas estudiadas

Estudio por MEB

En todas las obras hidráulicas se ha identificado de forma abundante la etringita (columna derecha de la tabla). Esta aparece siempre formando cristales aciculares, y muchas veces crecen hasta rellenar por completo los poros del hormigón. Estos depósitos blancos llegan a ser visibles en la inspección visual de testigos (Fotografía 6).

Fotografía y cuadro

Las presas A y B no han mostrado indicio de ninguna otra patología. Se han observado los productos normales de la hidratación del cemento y los minerales que forman los áridos del hormigón.

En el caso de las presas C a F sí se han observado indicios claros de la existencia de una reacción álcali sílice, observándose en los hormigones ensayados abundantes productos de la reacción. El estudio detallado del árido y hormigón de estas presas corroboró la existencia de una reacción álcali sílice.

Se ha evaluado, en cada obra hidráulica, la resistencia a compresión [22], densidad y porosidad (penetración de agua [23]). Con el fin de conocer si toda la etringita identificada por MEB puede ser parte de un ataque interno por sulfatos, se ha medido también el contenido en azufre total del hormigón (suma de sulfuros y sulfatos) siguiendo el método de combustión a alta temperatura, propuesto en el apartado 11.2 de la norma UNE –EN 1744-1:2010 [24].

La Tabla 5 muestra los valores medios de cada parámetro obtenidos en cada estructura analizada.

La resistencia a compresión siempre es superior a 20 MPa y la densidad alta, debido al elevado tamaño máximo de árido que se emplea comúnmente en la construcción de presas. En los hormigones A, C, F y G, de los que se dispone de resultados de penetración de agua, se observa que es un hormigón poroso, no válido para ser colocado en ambientes agresivos (EHE-08). A excepción de la presa F con un valor algo superior, el contenido de azufre está siempre en el rango 0,2-0,4% de SO3.

3.3. ANÁLISIS DE LOS ÁRIDOS

Para evaluar la responsabilidad del árido en un posible ataque interno por sulfatos, se ha llevado a cabo el estudio químico, mineralógico y/o petrográfico de los áridos del hormigón. Para ello, se ha extraído por medios mecánicos el árido grueso del hormigón. Se extrae un mínimo de 2 kg de árido. Se limpia la superficie con puntero vibrante para eliminar el mortero adherido. Finalmente, se homogeniza la muestra machacando hasta fracción arena.

La Tabla 6 muestra la mineralogía y petrografía de cada árido

ponencia181112g

Se ha identificado una dolomía (A) y dos áridos de naturaleza cuarcítica (F, G). Los áridos C, D y E son rocas ígneas (granitos y granodioritas). Finalmente, el árido B es una mezcla de cuarcita y granito.

La existencia de etringita en los hormigones de todas las obras hidráulicas indica que puede existir un ataque interno por sulfatos. Se analiza en los áridos el contenido total de azufre (suma de sulfuros y sulfatos: apartado 11.2 de la norma UNE –EN 1744-1:2010 [24]). La medida de azufre total en los áridos realizada por combustión a alta temperatura es un método rápido y cómodo que permite evaluar de manera eficaz la posible reactividad de los áridos de estas obras hidráulicas.

Tabla 7. Contenido en azufre total del árido

Presa Contenido total de azufre (% peso SO3)
A 0,088
B 0,049
C 0,050
D 0,240
E 0,303
F 0,027
G 0,015

4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

A continuación, se analizan los resultados obtenidos en las 7 obras hidráulicas.

4.1. ÁRIDOS Y ATAQUE INTERNO POR SULFATOS

En todos los áridos con petrografía se ha observado la presencia de opacos: minerales que no transmiten la luz al microscopio y aparecen negros tanto con luz polarizada (LP) como con luz polarizada analizada (LPA) [25]. Los opacos más comunes suelen ser los óxidos de Fe y/o Ti (ilmetita, magnetita, goethita…), metales nativos y sus óxidos, (cobre, oro, plata, grafito, cuprita, hematita…). Pero también se incluyen en los opacos los sulfuros: pirita, calcopirita, pirrotina, marcasita, etc. [26]

La observación de opacos en el microscopio petrográfico y de etringita en el MEB puede llevar a la conclusión de que el hormigón sufre un ataque interno por sulfatos, debido a la presencia de pirrotina. Para comprobar si esta hipótesis es real, es necesario medir el contenido en azufre de cada árido (Tabla 7) y compararlo con los límites que fija la Instrucción para azufre, sulfuros y sulfatos del árido (Tabla 2).

En la Figura 1 se representa el contenido en azufre total del árido y los límites que fija la Instrucción EHE-08 a azufre total, sulfuros y sulfatos (todo ello expresado en %SO3).

Figura 1. Contenido en azufre total del árido y sus límites en la EHE-08

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Figura 2. Contenido en azufre total de cada árido y su naturaleza. Límite de sulfuros oxidables EHE-08

El contenido en azufre total (suma de sulfuros y sulfatos del árido) no excede en ningún caso el contenido en azufre total ni el de sulfatos que la Instrucción fija al árido. Sí quedan en el rango del límite de sulfuros los áridos D y E.

Se representa en la Figura 2 el contenido en azufre total y el límite de sulfuros oxidables de la Instrucción, indicando ahora en cada árido su naturaleza.

Figura 2. Contenido en azufre total de cada árido y su naturaleza. Límite de sulfuros oxidables EHE-08

Los mayores contenidos en azufre se encuentran en los áridos D y E, ambos granodioritas. La cuarcita, cuarzoarenita y dolomía dan valores siempre menores al 0,1% azufre total (%SO3). Por tanto, en las obras hidráulicas estudiadas, las cuarcitas, cuarzoarenitas y dolomías han quedado lejos de cualquier límite por su bajo contenido en azufre en cualquiera de sus formas químicas. Tan sólo en el caso de granitos y granodioritas el azufre ha alcanzado valores algo superiores, aproximándose al límite de los sulfuros.

En concreto, sólo el azufre total del árido E supera el 0,25%SO3, por lo que en este caso se completó el estudio petrográfico con un análisis a través del MEB-EDX de alguno de los opacos identificados (Tabla 6). La sonda de EDX demostró que estos opacos eran pirrotina (sulfuros oxidables). En consecuencia, se mide su contenido en sulfatos (0,298% en peso de SO3), ya que la diferencia entre el azufre total del árido y su contenido en sulfatos permite cuantificar los sulfuros presentes en el árido. Así, la Instrucción EHE-08, en los comentarios del artículo 28.7.3, indica que se recomienda no utilizar áridos cuya diferencia entre compuestos totales de azufre y sulfatos solubles, expresados ambos en % de SO3, sea superior al 0,25%, ya que es una manera indirecta de limitar los sulfuros oxidables en los áridos.

La Figura 3 muestra los sulfatos y sulfuros (diferencia entre azufre total y sulfatos), así como los límites para sulfuros oxidables y sulfatos de la Instrucción.

Figura 3

Figura 3. Contenido en sulfuros y sulfatos del árido E y sus límites en la Instrucción EHE-08

El contenido en sulfuros en el árido E es muy bajo, y no sobrepasa el límite normativo máximo permitido. También el límite de sulfatos queda lejos de su contenido máximo permitido.

Por tanto, se demuestra, a través de la medida experimental de azufre en los áridos de las 7 obras hidráulicas, que éstos no son responsables de la existencia de un ataque interno por sulfatos al hormigón.

4.2. HORMIGÓN. CONTENIDO EN AZUFRE Y SU VALORACIÓN

Una vez descartado que el árido sea responsable de un ataque interno por sulfatos, habría que comprobar si el contenido en azufre del hormigón queda justificado por el contenido de sus componentes, o es excesivo y podría justificar un ataque interno por sulfatos debido a otros componentes diferentes al árido.

Para valorar el azufre total del hormigón se asimila éste al contenido en sulfatos del hormigón. Es una aproximación conservadora ya que todos los límites normativos que se aplican a cemento, agua de amasado y adiciones se realizan para sulfatos. Además, la presencia de otras formas de azufre que no sean sulfatos en estos componentes es poco probable.

La presencia de un cierto nivel de azufre en el hormigón puede justificarse a partir del contenido de cemento utilizado en la dosificación, procedente del yeso que incorpora. Así, de acuerdo con la Instrucción de Cementos RC-16 (Tabla 2), los cementos comunes pueden presentar un contenido máximo de sulfatos, expresado en % SO3, de 3,5% (para cemento 32,5 y 42,5N) o del 4,0% (para cemento 42,5R y 52,5).

Se evalúa a continuación si el cemento justifica los resultados de azufre medidos en el hormigón.

4.2.1. HORMIGONES CON DOSIFICACIÓN CONOCIDA

En 4 de las 7 estructuras estudiadas es conocido el contenido de cemento del hormigón. Por tanto, se puede calcular directamente qué azufre aporta al hormigón el cemento dosificado para cada obra. La Tabla 8 muestra los resultados obtenidos.

Tabla 8. Contenido de azufre debido al cemento

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Figura 4. Comparación del azufre experimental del hormigón con el aportado por el cemento

Los resultados de la Tabla 8 se comparan en la Figura 4 con los kg SO3/m3 hormigón de cada estructura analizada, descontando el que pue- de aportar el árido de acuerdo al ensayo químico realizado y adoptando una dosificación de 1750 kg de árido/m3 hormigón. Se hace notar que el bajo contenido en azufre que presentan los áridos hace que variaciones respecto a la dosificación teórica supuesta tengan una influencia muy reducida en la estimación realizada.

Las líneas horizontales indican el contenido de azufre máximo de cada hormigón compatible con lo admitido por la Instrucción RC-16 (valores en rojo y verde según el tipo de cemento). Las barras azules representan el contenido en azufre realmente medido en los cuatro hormigones estudiados. Se observa cómo, en todos los casos, el azufre medido en el hormigón o bien queda por debajo del límite o bien queda justificado por su contenido de cemento.

Por tanto, el contenido en azufre medido en los hormigones A, C, E y F no se considera elevado ya que es acorde con la dosificación de cemento empleada y permiten descartar la existencia de un ataque interno por sulfatos.

4.2.2. HORMIGONES SIN DOSIFICACIÓN CONOCIDA

De los hormigones B, D y G no se conoce la dosificación. Por tanto, para evaluar si su contenido de azufre es justificable por el cemento, la Figura 5 muestra la relación (líneas roja y azul) entre el % de SO3 que contendría el hormigón (kgSO3/m3 hormigón) y los kg de cemento (por m3 de hormigón) que aportarían dicho azufre, para las diferentes categorías resistentes del cemento. Las líneas verticales muestran los kg SO3/m3 hormigón de las 3 estructuras sin dosificación conocida, descontando el que puede aportar el árido de acuerdo al ensayo químico realizado y adoptando una dosificación de 1750 kg de árido/m3 hormigón.

Figura 5. Relación entre el contenido de azufre en el hormigón (descontado el presente en el árido) y el contenido de cemento que lo aportaría.

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Tabla 9. Contenido de cemento que justifica el azufre del hormigón

El cruce de cada línea vertical con la recta de cada tipo de cemento indica el contenido de cemento que justifica el azufre medido en el hormigón de cada obra. La Tabla 9 muestra los resultados obtenidos.

La situación óptima sería disponer del contenido de cemento para poder valorar el azufre del hormigón, tal como se realizó en el apartado 4.2.1. Aunque no sea posible en estos 3 casos, sí se observa claramente como el contenido en cemento necesario para justificar el azufre del hormigón en ningún caso resulta elevado y el resultado estimado puede considerarse razonable para una presa, con contenidos siempre inferiores a los 250 kg cemento/m3 de hormigón.

Por tanto, el contenido en azufre de los hormigones B, D y G no se considera elevado y puede justificarse por el aporte de azufre que hace el cemento al hormigón.

Finalmente, para corroborar la validez de la Figura 5 que viene a indicar que el origen del azufre medido en el hormigón es normal y proviene únicamente del yeso que incorpora el cemento, se representa el contenido en cemento (estimado a partir del azufre medido en el hormigón) frente a la resistencia a compresión del hormigón ensayado (Figura 6).

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Las dosificaciones de los hormigones de obras hidráulicas antiguas objeto de este estudio son similares (Tabla 3): cemento común sin adiciones y en contenidos bajos, relaciones agua cemento altas y árido con tamaño máximo de árido elevado (alta densidad del hormigón). A excepción del árido D, cuya resistencia se obtuvo con un solo testigo sin cumplir las condiciones necesarias (Tabla 5), se observa en la figura que la hipótesis formulada de que el azufre medido en el hormigón proviene del cemento, permite establecer una tendencia coherente entre el incremento del contenido de cemento y la resistencia del hormigón, como sería de esperar en hormigones pobres en cemento.

La Figura 6 hace coherentes los contenidos de cemento obtenidos y corrobora que el origen del azufre más probable es el cemento. Por tanto, no existe un contenido en azufre que pueda justificar un ataque interno por sulfatos al hormigón.

5. CONCLUSIONES

En hormigones de obras hidráulicas es común la presencia de etringita sin que exista un ambiente externo que lo justifique. La etringita viene acompañada muchas veces de una reacción álcali sílice, aunque también aparece en hormigones en contacto con agua y porosos, sin que exista otra patología en el hormigón. Del estudio de 7 obras hidráulicas con estas características se han obtenido las siguientes conclusiones:

La etringita es el componente que se forma siempre cuando existe un ataque por sulfatos al hormigón. Ahora bien, sólo la existencia de etringita, aunque se muestre de forma abundante por MEB y sea incluso visible a simple vista, no permite justificar necesariamente la existencia de un ataque por sulfatos.

El estudio debe comenzar en primer lugar por el árido, que es una fuente probable de sulfuros y sulfatos que puede desencadenar esta patología, incluyendo en el mismo análisis químicos y petrografía.

La existencia de opacos en el árido, aunque se demostrara de forma cualitativa que son pirrotina y exista etringita de forma abundante en el hormigón, no permite justificar necesariamente la existencia de un ataque interno por sulfatos al hormigón ocasionado por los áridos.

Para diagnosticar un ataque interno por sulfatos ocasionado por los áridos es necesario conocer el contenido en sulfuros y sulfatos aportados por éstos y que superen los máximos permitidos por la Instrucción EHE-08.

Descartado el árido como causante de un posible ataque por sulfatos es necesario valorar cuantitativamente si existe un contenido excesivo de azufre en el interior del hormigón mediante un análisis químico, comprobando si el resultado es compatible con la cantidad y tipo de cemento utilizado. Para ello es deseable conocer este dato de la dosificación, pero si no se dispone de él se pueden hacer estimaciones aproximadas.

El estudio descrito, aplicado a siete casos reales de obras hidráulicas en las que se observaba presencia abundante de etringita ha permitido descartar en todos los casos la existencia de una patología por un ataque interno por sulfatos.

6. REFERENCIAS

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Información adicional

  • Fuente:: V Congreso Nacional de Áridos
  • Autor:: Víctor D. Lanza Fernández | Pilar Alaejos Gutiérrez
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