El hormigón hidrófobo es un hormigón que repele el agua. Cumple con los estándares delineados en la definición de hormigón impermeable . Desarrollado en Australia a mediados del siglo XX, se han colocado millones de metros cúbicos de hormigón hidrófobo en Australia, Asia y Europa , y en los Estados Unidos desde 1999. Su uso eficaz en cientos de estructuras ha contribuido a su gran aceptación y uso creciente. [1] [2]
El hormigón típico es bastante hidrófilo . Esto se debe a su intrincado sistema de pequeños capilares que succionan agua a través de la red de microfisuras dentro de una losa de hormigón. [3] Esta matriz endurecida crea un ciclo continuo de "fuente a sumidero", lo que significa que el agua de arriba es constantemente atraída hacia un área de menor elevación. El coeficiente de Darcy se refiere a la capacidad del agua licuada bajo presión para fluir a través de los poros y capilares que estén presentes. Una constante de Darcy más baja se correlaciona con un material de mayor calidad. [4]
Las empresas comerciales utilizan distintos métodos para modificar una mezcla de hormigón normal con el fin de crear hormigón hidrófobo, y todos ellos implican rellenar de algún modo la mezcla de hormigón poroso. Algunos de los métodos más utilizados son la formación de polímeros , la infusión de pequeñas partículas y las formaciones cristalinas , siendo esta última la más utilizada. [ cita requerida ]
La formación de polímeros funciona haciendo que un prepolímero soluble en agua se polimerice a través del intercambio iónico con iones metálicos divalentes, como iones Ca y Fe, para formar partículas insolubles gomosas. Estas pequeñas partículas migran y se concentran en las pequeñas fisuras y capilares que se forman en el hormigón a medida que se seca. A medida que avanza la polimerización, se forman tapones de goma que sellan permanentemente estas vías de agua, lo que reduce en gran medida tanto la absorción de agua como la permeabilidad al agua. [ cita requerida ]
La tecnología cristalina se utiliza para crear hormigón hidrófobo haciendo que se formen estructuras cristalinas en los diminutos capilares, poros y otras bolsas de aire que quedan en el proceso de curado del hormigón. Durante esta formación, quedan subproductos en los capilares y poros del hormigón recién curado, normalmente hidróxido de calcio , sulfatos , carbonatos de sodio, potasio , calcio y partículas de cemento hidratadas y no hidratadas. Estas estructuras cristalinas taponan los poros y capilares, impidiendo que el agua fluya a través de ellos. Una vez que los productos químicos cristalinos se añaden a la mezcla de hormigón, ya sea a través de un aditivo o un revestimiento, reaccionan con los subproductos en presencia de agua. Esta reacción forma una estructura cristalina insoluble que obstruye los poros. Este proceso continúa hasta que todos los productos químicos han reaccionado. Cuando se aplica como revestimiento, la reacción química procede a través del proceso de difusión química. Este es un proceso de una solución química de alta densidad que migra hacia la solución química de baja densidad hasta que las dos entran en equilibrio. Al sumergir el hormigón en agua se crea una baja densidad química en los poros, y al aplicar el químico cristalino como revestimiento se crea una alta densidad química. Estos dos fluidos se difunden a través de la estructura interna del hormigón hasta que alcanzan el equilibrio en toda la estructura interna. Cuando este proceso termina, la estructura cristalina del hormigón hidrófobo está completa. [4] [ se necesita una mejor fuente ]
El objetivo final al formar un material hidrófobo es reducir la polaridad de las moléculas . Debido a que las moléculas de agua son muy polares, son fácilmente atraídas por cargas parcialmente positivas o parcialmente negativas. En una superficie neutra, las moléculas de agua se agrupan y se atraen entre sí, creando una gota esférica de agua. Estas gotas pueden evaporarse de la superficie del hormigón en lugar de ser absorbidas por los capilares del hormigón. La estructura y composición exactas de los cristales utilizados en el hormigón hidrófobo no son información pública; sin embargo, debido a sus propiedades, se puede suponer que es una molécula no polar. [5] [6]
La propiedad de repeler el agua le otorga al hormigón hidrófobo la capacidad de evitar la contaminación por partículas disueltas en las gotas de agua. Debido a que los cristales en sí no son polares, hay poca interacción entre los cristales y el oxígeno disuelto. Esto permite que el hormigón resista la oxidación de las barras de refuerzo que tan a menudo compromete la resistencia del hormigón que tiene barras de hierro atravesándolo. El hormigón comercial estándar tiene una absorción de agua promedio de 4-10%. [ cita requerida ] En contraste, el hormigón hidrófobo tiene un promedio de 0,3-1%. [ 7 ]
Una propiedad que se pasa por alto del hormigón hidrófobo es su capacidad para repeler la humedad del aire. A diferencia del agua líquida, las moléculas de agua en el aire se mueven con una energía cinética más alta y, en última instancia, existen en forma de gas. Las estructuras cristalinas del hormigón hidrófobo son lo suficientemente compactas como para evitar que la humedad se desplace a través de los capilares del hormigón.
El hormigón hidrófobo se produce de diversas formas que se dividen en dos categorías: revestimientos o aditivos . Ambos permiten que las estructuras cristalinas se formen en presencia de agua. [ cita requerida ]
Al crear hormigón hidrófobo mediante un proceso de recubrimiento, se rocía o se aplica con brocha un revestimiento sobre superficies porosas. En la mayoría de los casos, se aplica a una losa de hormigón normal que luego se somete a un proceso corrosivo para exponer más capilares del hormigón. Esto se puede lograr mediante un chorro de agua a la superficie a aproximadamente 3000-4000 psi. El chorro de arena y el grabado ácido también son procesos adecuados. La adición de agua es el siguiente paso. Se puede aplicar tanto vertical como horizontalmente, pero las temperaturas no deben bajar de los 33 grados Fahrenheit para evitar la congelación. También se debe evitar la evaporación excesiva. En áreas con altas tasas de evaporación, este proceso suele tener lugar durante la noche cuando las temperaturas son más frías. Una vez que los poros están saturados tanto como sea posible con agua, se aplica el revestimiento. Los productos químicos hidrófobos están en forma de polvo y se mezclan con agua en una proporción de cinco partes de polvo por dos partes de agua para su aplicación con brocha. Para la aplicación por pulverización, la proporción es de cinco partes de polvo por tres partes de agua. El recubrimiento se aplica entre 1,25 y 1,5 libras por yarda cuadrada y continúa hasta que toda la superficie esté cubierta. Si la superficie requiere otra capa, debe aplicarse dentro de las cuarenta y ocho horas posteriores a la aplicación inicial de la mezcla hidrófoba. Una vez aplicado, el hormigón debe curarse en un ambiente húmedo dos o tres horas después de la aplicación. Esto se logra rociando la superficie con agua al menos tres veces al día durante unos días. Ocasionalmente, también se utilizan retardantes de evaporación. Dependiendo del clima, el proceso de curado puede tardar más y requerir una humectación más frecuente. Una vez que el hormigón está curado, se deja reposar durante dos o tres semanas antes de que se complete el proceso. [ cita requerida ]
Cuando se elabora hormigón hidrófobo mediante el uso de un aditivo, se añade un polvo con los productos químicos hidrófobos durante el proceso de dosificación. En otras palabras, se añade a la mezcla de hormigón en sí cuando se coloca el hormigón. La dosis habitual es del dos al tres por ciento de la mezcla de hormigón. Como el agua forma parte del proceso de dosificación, no se requiere un proceso de curado adicional. Este método es más sencillo y requiere menos mano de obra, pero solo se puede utilizar cuando se coloca hormigón nuevo. [4] [ se necesita una mejor fuente ]
El hormigón hidrófobo se puede utilizar en las mismas aplicaciones que el hormigón convencional, sobre todo cuando la reparación del hormigón convencional es peligrosa o el coste de los daños estructurales sería muy perjudicial. Los trabajos en túneles son una de las principales aplicaciones del hormigón hidrófobo, ya que las reparaciones subterráneas son difíciles y costosas. [8] También es una opción favorita para colocar cimientos de edificios y aceras en lugares por debajo del nivel freático . [ cita requerida ]
El uso submarino del hormigón hidrófobo es una de las principales aplicaciones en las instalaciones marinas. A menudo se utiliza para retener agua y crear piscinas y estanques. La NASA utilizó hormigón hidrófobo para construir la piscina que se utilizó para entrenar a los astronautas para caminar sobre la Luna. El hormigón hidrófobo también se utiliza en aplicaciones que están expuestas a la lluvia o a la formación de charcos, como techos verdes, otros tipos de techos, estructuras de estacionamiento y plazas. [ cita requerida ]
Entre los muchos beneficios de utilizar hormigón hidrófobo, se encuentra la reducción del tiempo de instalación y la disminución de los costos. El uso de hormigón hidrófobo puede reducir el tiempo de trabajo de un proyecto industrial, ya que el hormigón normal implica un período de protección contra la corrosión y un período de impermeabilización. Con el hormigón hidrófobo, tanto la protección contra la corrosión como la impermeabilización se realizan al mismo tiempo.
Asimismo, la reducción de tiempo reduce los costos de instalación. El hormigón convencional con respaldo de membrana puede costar alrededor de 5 dólares por pie cuadrado, aunque los precios pueden variar según la aplicación. El proceso de instalación en un solo paso del hormigón hidrófobo reduce el costo a unos 3,20 dólares por pie cuadrado. Estos ahorros pueden acumularse rápidamente a lo largo de un proyecto, como informa la empresa Hycrete del sur de California.
Se estima que en 1998 se gastaron unos cinco mil millones de dólares sólo en Europa occidental en reparaciones con cemento hidrófilo. La mayoría de las reparaciones fueron necesarias debido a los daños causados por la corrosión del agua en las zonas urbanas. Como la corrosión por agua es escasa o nula, el hormigón hidrófobo se conserva mejor que el hormigón normal, que suele tener un aspecto desgastado y envejecido al cabo de unos años.
Desde un punto de vista medioambiental, el hormigón hidrófobo también es beneficioso porque es "verde". Su capacidad para volver a triturarse lo hace fácilmente reutilizable. Aunque el hormigón normal se puede triturar nuevamente, implica un proceso muy costoso, lo que a menudo significa que el hormigón termina en un vertedero. Esta ventaja del hormigón hidrófobo permite su reutilización rentable en proyectos futuros.
Otras desventajas del hormigón hidrófobo se deben al proceso de aplicación. Cuando se aplica como revestimiento, solo puede penetrar hasta 30 cm en el material. Además, el proceso de revestimiento en sí mismo requiere mucha mano de obra. Si la estructura tiene un espesor superior a 30 cm o se trata de un proyecto de gran superficie, un método de mezcla daría mejores resultados. [ cita requerida ]
El uso de la tecnología cristalina alternativa para producir hormigón hidrófobo solo es posible cuando hay agua presente, ya que la superficie debe humedecerse cuidadosamente antes de aplicar el revestimiento. [9]
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