La hidratación del cemento y el desarrollo de resistencia dependen principalmente de dos fases de silicato: silicato tricálcico (C 3 S) ( alita ) y silicato dicálcico (C 2 S) ( belita ). [1] Tras la hidratación , los principales productos de la reacción son hidratos de silicato de calcio (CSH) e hidróxido de calcio Ca(OH) 2 , escrito como CH en la notación química del cemento . CSH es la fase que desempeña el papel de cola en la pasta de cemento endurecida y responsable de su cohesión. El cemento también contiene dos fases de aluminato: C 3 A y C 4 AF, respectivamente el aluminato tricálcico y la aluminoferrita tetracálcica. Los productos de hidratación C 3 A son AFm, monosulfato de aluminoferrita de calcio y etringita , un trisulfato de aluminoferrita de calcio (AFt). C 4 AF se hidrata como hidrogranate y etringita ferrosa.
El ataque de sulfatos suele ocurrir en las losas de la planta baja en contacto con suelos que contienen una fuente de sulfatos. [2] Los sulfatos disueltos por la humedad del suelo migran al hormigón de la losa donde reaccionan con diferentes fases minerales de la pasta de cemento endurecida.
El ataque surge de suelos que contienen SO2-4
iones, como MgSO 4 o Na 2 SO 4, sales solubles y higroscópicas. Los hidratos de aluminato tricálcico (C 3 A) interactúan primero con los iones sulfato para formar etringita (AFt). La etringita cristaliza en pequeñas agujas aciculares que crecen lentamente en los poros del hormigón. Una vez que los poros están completamente llenos, la etringita puede desarrollar una alta presión de cristalización dentro de los poros, ejerciendo una tensión de tracción considerable en la matriz del hormigón provocando la formación de grietas. En última instancia, los iones Ca 2+ en equilibrio con portlandita (Ca(OH) 2 ) y CSH y disueltos en el agua intersticial del hormigón también pueden reaccionar con SO.2-4
iones para precipitar CaSO 4 ·2H 2 O ( yeso ). Una fracción de SO2-4
Los iones también pueden quedar atrapados o absorbidos en la estructura en capas de CSH. [3] Estas reacciones sucesivas conducen a la precipitación de fases minerales expansivas dentro de la porosidad del hormigón responsables de la degradación del hormigón, las grietas y, en última instancia, el fallo de la estructura.
Este es el tipo más común y normalmente ocurre cuando el agua subterránea que contiene sulfato disuelto está en contacto con el concreto. Los iones sulfato que se difunden en el hormigón reaccionan con la portlandita (CH) para formar yeso: [3]
Cuando la concentración de iones sulfato disminuye, la etringita se descompone en aluminatos monosulfato (AFm):
Cuando reacciona con el hormigón, provoca que la losa se expanda, levantándose, deformándose y agrietándose, además de ejercer una presión sobre las paredes circundantes que puede provocar movimientos que debilitan significativamente la estructura.
Algunos materiales de relleno que se encuentran con frecuencia en las cimentaciones de edificios y que causan ataques de sulfatos son los siguientes: [2]
Estos materiales se utilizaron ampliamente en el noroeste de Inglaterra, ya que estaban ampliamente disponibles y eran productos de desecho de industrias como minas de carbón , acerías , fundiciones y centrales eléctricas . [2]
Si el yeso está presente en exceso en el hormigón, reacciona con los aluminatos monosulfato para formar etringita:
A menudo se puede observar un frente de reacción bastante bien definido en secciones delgadas ; Delante del frente el concreto es normal o casi normal. Detrás del frente de reacción se modifica la composición y la microestructura del hormigón. Estos cambios pueden variar en tipo o gravedad, pero comúnmente incluyen:
El efecto de estos cambios es una pérdida general de resistencia del hormigón.
Los efectos anteriores son típicos del ataque por soluciones de sulfato de sodio o sulfato de potasio . Las soluciones que contienen sulfato de magnesio son generalmente más agresivas, para la misma concentración. Esto se debe a que el magnesio también interviene en las reacciones, sustituyendo al calcio en las fases sólidas con la formación de brucita ( hidróxido de magnesio ) e hidratos de silicato de magnesio. El calcio desplazado precipita principalmente en forma de yeso.
Los ataques de sulfato se identifican mediante un estudio de recuperación, pero a menudo pueden pasarse por alto al realizar un estudio de humedad, ya que pueden considerarse como un problema estructural más que de humedad, pero se requiere humedad para promover la reacción. [2]
Una primera inspección visual y de nivelación de la estructura y el terreno subyacente es un primer paso para reconocer un problema de sulfato. Para caracterizar el tipo y profundidad del relleno, se necesitan pozos de exploración.
Si hay agua presente en el subsuelo de la estructura, es posible que sea necesario instruir a un ingeniero estructural, dependiendo del nivel de daño o movimiento de las paredes. [2]
La acción correctiva depende de la gravedad del ataque y del riesgo relacionado con su evolución.
Si se requieren reparaciones debido a la magnitud de los daños, a menudo la losa afectada debe ser demolida y retirada; los escombros no deben usarse como material duro debajo de la losa de reemplazo. [2]
Se sabe desde hace mucho tiempo que el azufre contribuye al daño. Esto es cierto para muchos materiales, como la corrosión del metal o la degradación del hormigón . En El rey Lear , Shakespeare dice: [5]
Está el infierno, está la oscuridad,
está el pozo sulfuroso ,
Ardor, escaldamiento, hedor, tisis;
¡Vaya, vaya, vaya!