La hidratación del cemento y el desarrollo de la 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 reacción son los hidratos de silicato de calcio (CSH) y el hidróxido de calcio Ca(OH) 2 , escrito como CH en la notación química del cemento . CSH es la fase que desempeña el papel de pegamento en la pasta endurecida del cemento 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 de 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 ocurre típicamente en losas de piso 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−
4Los iones, como el MgSO 4 o el Na 2 SO 4 , son sales solubles e 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 que provoca la formación de grietas. En última instancia, los iones Ca 2+ en equilibrio con la portlandita (Ca(OH) 2 ) y CSH y disueltos en el agua intersticial del hormigón también pueden reaccionar con SO2−
4iones para precipitar CaSO 4 ·2H 2 O ( yeso ). Una fracción de SO2−
4Los iones también pueden quedar atrapados o absorbidos en la estructura estratificada del 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, la falla de la estructura.
Este es el tipo más común y generalmente se produce cuando el agua subterránea que contiene sulfato disuelto entra en contacto con el hormigón. Los iones de 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 de monosulfato (AFm):
Al reaccionar con el hormigón provoca que la losa se expanda, se levante, se distorsione y se agriete además de ejercer una presión sobre los muros circundantes lo que puede provocar movimientos debilitando significativamente la estructura.
Algunos materiales de relleno que se encuentran frecuentemente en los cimientos de los edificios y que provocan ataques de sulfato 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:
En secciones delgadas se puede observar a menudo un frente de reacción bastante bien definido ; por delante del frente, el hormigón es normal o casi normal. Detrás del frente de reacción, la composición y la microestructura del hormigón se modifican. Estos cambios pueden variar en tipo o gravedad, pero suelen incluir:
El efecto de estos cambios es una pérdida general de la 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 participa en las reacciones, reemplazando 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 a través de un estudio correctivo, pero a menudo se pueden pasar por alto cuando se realiza un estudio de humedad, ya que pueden considerarse un problema estructural en lugar de un problema de humedad, pero se requiere humedad para promover la reacción. [2]
Una primera inspección visual y de nivelación de la estructura y del terreno subyacente es el primer paso para reconocer un problema de sulfatos. Para caracterizar el tipo y la profundidad del relleno, se necesitan perforaciones de exploración.
Si hay agua en el contrapiso de la estructura, puede ser necesario contratar 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 es necesario demoler y retirar la losa afectada; los escombros no deben usarse como material de relleno debajo de la losa de reemplazo. [2]
Desde hace mucho tiempo se sabe que el azufre contribuye a la aparición de daños. Esto es así en el caso de muchos materiales, como la corrosión de los metales o la degradación del hormigón . En El rey Lear , Shakespeare dice: [5]
Hay infierno, hay oscuridad,
hay un pozo sulfuroso ,
ardor, escaldamiento, hedor, consumo;
¡fie, fie, fie!