Muchos sulfatos presentes en el suelo y en el agua pueden atacar y destruir un concreto que no fue adecuadamente diseñado. Los sulfatos (por ejemplo sulfato de calcio, sulfato de sodio y sulfato de magnesio) pueden atacar un concreto pues reaccionan con los compuestos hidratados en la pasta de cemento hidratada.
Estas reacciones pueden crear presiones suficientes para romper la pasta de cemento, resultando en desintegración del concreto (pérdida de cohesión de la pasta y de resistencia). El sulfato de calcio ataca el aluminato de calcio hidratado y forma etringita. El sulfato de sodio reacciona con el hidróxido de calcio y aluminato de calcio hidratado, formando etringita e yeso. El sulfato de magnesio ataca, de manera similar, al sulfato de sodio y forma etringita, yeso y también brucita (hidróxido de magnesio). La brucita se forma primeramente en la superficie del concreto, consume el hidróxido de calcio, baja el pH en la solución de los poros y entonces descompone el silicato de calcio hidratado (Santhanam y otros 2001).
La taumasita se puede formar durante el ataque de sulfato en condiciones de humedad con temperatura entre 0°C y 10°C (32°F y 50°F) y ocurre como resultado de la reacción entre silicato de calcio hidratado, sulfato, carbonato de calcio y agua (Report of the Thaumasite Expert Group 1999). En los concretos, donde el deterioro está asociado al exceso de taumasita, las fisuras se pueden llenar de taumasita y un halo de taumasita blanca puede encontrarse alrededor de los agregados. En la superficie entre el concreto y el suelo, la superficie del concreto puede ser “mole” con total sustitución de la pasta de cemento por taumasita (Hobbs 2001).
Como en las rocas naturales, tales como en las piedras calizas, el concreto poroso está susceptible al ataque de las intemperies causado por cristalización de sales. Estas sales pueden o no contener sulfatos y pueden o no reaccionar con los compuestos hidratados en el concreto. Algunas sales conocidas por causar deterioración en concreto son el carbonato de sodio y sulfato de sodio (los estudios de laboratorio también relataron soluciones saturadas de cloruro de calcio y otras sales como causadores de deterioro de concreto). El mayor daño ocurre con el secado de las soluciones saturadas de estas sales, normalmente en ambientes con ciclos de cambios de humedad relativa y de temperatura que alteran las fases mineralógicas. En concretos permeables, expuestos a condiciones de secado, las soluciones de sales pueden ascender hacia la superficie por la acción de los capilares y, posteriormente, – como resultado de la evaporación en la superficie – la fase de solución se vuelve supersaturada y la cristalización de la sal ocurre, algunas veces generando presiones suficientes para causar la fisuración. Si la tasa de migración de la solución de sal a través de los poros es menor que la tasa de evaporación, se forma una zona de secado debajo de la superficie, ocur- riendo cristalización en los poros y causando expansión y descascaramiento (Mehta 2000). Ambas, las partículas de agregado y la pasta de cemento pueden ser atacadas por sales.
El ataque de sulfatos y la cristalización de sales son más severos donde el concreto está expuesto a ciclos de mojadura y secado, que donde el concreto está constantemente mojado. Ésto normalmente puede ser visto en postes de concreto donde el concreto se ha deteriorado sólo pocos centímetros encima y abajo del nivel del suelo. La porción del concreto en la parte más profunda del suelo (donde está continuamente mojado) está en buenas condiciones (Fig. 1-31 y 1-32). Sin embargo, si la exposición al sulfato es muy severa, las secciones continuadamente mojadas pueden incluso, con el tiempo, ser atacadas por los sulfatos si el concreto no ha sido adecuadamente diseñado.
Fig. 1-31. El ataque de sulfatos es frecuentemente más severo en la región sometida a mojadura y secamiento, la cual es, normalmente, cerca del nivel del suelo. Aquí los postes han sido atacados por sulfatos cerca del nivel del suelo. Véase también la foto menor a la derecha de la Fig. 1.32. El concreto está en mejor condición en mayores profundidades donde hay humedad. (43093)
Para que se obtenga la mejor protección contra el ataque externo por los sulfatos: (1) diseñe el concreto con baja relación agua- materiales cementantes (aproximadamente 0.4) y (2) use cementos especialmente formulados para ambientes con sulfatos, tales como
ASTM C 150 (AASHTO M 85) cementos tipo II y tipo V, C 595 (AASHTO M 240) cementos con moderada resistencia a los sulfatos o C 1157 tipos MS o HS. La resistencia superior a los sulfatos de los cementos tipo II y tipo V ASTM C 150 se presentan en la Figura 1-33.
Fig. 1-33. Promedio (media) de vigas de concreto con trescementos portland y varias relaciones agua-cemento, expuestas durante 16 años a suelos con sulfatos.
Fig. 1-32. Vigas de concreto después de muchos años de exposición a un suelo con alta concentración de sulfatos en Sacramento, California, terreno de ensayo. Las vigas en mejores condiciones tienen bajas relaciones agua-materiales cementantes y muchas de ellas tienen cemento resistente a sulfatos. La foto menor, a la derecha en la parte superior, enseña dos vigas inclinadas sobre sus laterales para mostrar niveles decrecientes de deterioro con la profundidad y el nivel de humedad. (66900, 58499)
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