Por que es importante la química en el Concreto
Por qué es importante la química en el concreto
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 Expansión de la pasta
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CONCLUSIONES
Retomando la pregunta inicial, porqué la química importa? La ...
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Porque es importante la quimica en el concreto documento original traducido por sergio arango

Documento sobre la importancia de la química en el concreto
Published on: Mar 4, 2016
Published in: Engineering      
Source: www.slideshare.net


Transcripts - Porque es importante la quimica en el concreto documento original traducido por sergio arango

  • 1. Por que es importante la química en el Concreto Por qué es importante la química en el concreto ¿Por qué es importante la química? Es importante porque la química controla el período de vida del concreto. La química explica por qué el cemento se endurece y la interacción entre el cemento y su medio. Discutiremos la química inorgánica básica del cemento y del concreto bajo condiciones de servicio. Por supuesto, existen otros tipos de procesos químicos que ocurren cuando se mezcla concreto, como aspectos misteriosos de la química orgánica y de la química de superficie. Estos no son tenidos en cuenta debido a que no representan el foco central de este artículo y no porque estos aspectos no sean relevantes.  Química y Concreto El primer principio para entender es que, en sentido general, el concreto es termodinámicamente inestable. Cuando la pasta de cemento es expuesta a la atmósfera terrestre, se comienza a deteriorar, lo cual es una forma de corrosión química. La pasta reaccionará a la exposición a lluvia ácida o a la normal cantidad de CO2 presente en el aire. Esta reacción causa superficies carbonatadas y luego los Silicatos cálcicos hidratados que le dan al concreto su resistencia se convertirán nuevamente en Carbonato de Calcio, gel de silicatos y gel de aluminatos. Este es un aspecto de la química, pero la química no es solamente termodinámica, también es cinética. En otras palabras el concreto tiene el potencial de cambiar pero, que tan rápido ocurrirá esto?. El concreto hecho cuidadosamente, con los materiales adecuados y con las dosificaciones apropiadas, y el desarrollo de óptimas micro estructuras generadas por el curado correcto, puede durar miles de años. Un ejemplo de esto es el Panteón en Roma, construido por expertos con cemento puzolánico “Cemento Romano”, el cual hasta ahora a durado 2000 años. Cuando Joseph Aspdin patentó el cemento Portland en 1824, se llamó “un mejoramiento en los modos de producir piedra artificial”. El concreto fue considerado como piedra artificial que tenía su apariencia, resistencia y durabilidad. Algunas de las estructuras de concreto mas recientes fabricadas con cementos de Aspdin todavía están en pie. Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 2. Por que es importante la química en el Concreto El punto importante es que el concreto (el sistema de pasta de cemento unido con partículas de agregado que confirman un cuerpo de piedra artificial) es reactivo y dada su particular estructura individual y las condiciones de exposición, tal reactividad resultará ya sea con excelente durabilidad o pobre durabilidad. En el corto y largo plazo, es la química la que hace la diferencia en la permanencia del concreto. Algunos ejemplos de los agentes que afectan la durabilidad son: • Humedad y humedad del agregado • Ciclos de temperatura • Sales solubles • Ambientes marinos • Dióxido de Carbono (CO2) y polución ácida del aire Dependiendo de la composición del concreto y las condiciones de exposición, una variedad de posibles reacciones químicas podría deteriorar el concreto. Algunas veces, sin embargo, el enemigo no está solamente afuera del elemento sino que las semillas destructivas pueden estar contenidas inocentemente dentro del concreto mismo. La humedad, o el agua, juegan el rol, mas importante en el desarrollo de la resistencia y en el eventual deterioro del concreto. El cemento Portland se endurece por un proceso químico llamado hidratación. Esto significa que los minerales de silicato y aluminato en el cemento Portland reaccionan y se combinan con el agua para producir “la pega” que une el agregado que nosotros llamamos concreto. De manera mas general estos cementos son llamados “Cementos Hidráulicos”. Hidráulico significa simplemente que tiene la capacidad de reaccionar en presencia de agua. El cemento Portland es el único tipo de cemento hidráulico y es denotado por la ASTM C 1157-00, especificaciones para cemento hidráulico. Como enfatiza Duff Abrams en “Diseño de mezclas de Concreto”, presentado en la reunión de diciembre de 1918 de la Asociación de Cemento Portland (PCA), publicado en el boletín del Lewis Institiute, la relación Agua- Cemento determina la resistencia del concreto. Aunque el tamaño y la granulometría del agregado y la cantidad de cemento influencian la cantidad de agua para producir una mezcla trabajable, la cantidad de agua Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 3. Por que es importante la química en el Concreto controla la resistencia del concreto. Por lo tanto uno debería usar la menor cantidad de agua que produzca un concreto trabajable. El agua puede, dependiendo de la cantidad y naturaleza del agregado usado y la historia de curado del concreto, disparar otros eventos como reactividad álcali – sílica, o aplazar la formación de etringita. El agua puede incluso funcionar como medio de transporte para potenciales especies agresivas, como sulfatos, facilitando que ingresen al sistema. Estas reacciones químicas serán cubiertas en gran detalle, mas adelante en este artículo. La temperatura afecta la tasa de reacciones químicas y una regla general “la tasa de reacción química se duplica por cada 10°C de aumento en la temperatura. La temperatura influencia la velocidad de colocación y endurecimiento del concreto, adicionalmente, los ciclos de temperatura pueden resultar en esfuerzos por hielo y deshielo si el concreto carece de suficiente aire incorporado. El curado del concreto sobre ciertas temperaturas críticas puede llevar a la expansión y fisuración del concreto asociada con la formación de etringita. Condiciones severas del ambiente exterior, pueden iniciar reacciones químicas destructivas en el concreto, particularmente en el concreto con mayor porosidad abierta (dada a una elevada relación A/C). Alguno de estos factores incluyen: sales que contienen cloruros procedentes de la utilizada para deshelar las vías en invierno, sal esparcida o exposición a agua de mar y sulfatos contenidos en el suelo o en el agua de los agregados. Los cloruros pueden difundirse lentamente y en presencia de humedad y oxigeno, podría iniciar corrosión del acero de refuerzo. La oxidación del hierro que produce oxido de hierro es un proceso químico que genera aumento del volumen de la barra de refuerzo que no solamente debilita estructuralmente al metal sino que también produce presión interna localizada que puede causar severas fisuras en el recubrimiento del concreto. Una vez las fisuras comienzan, una mayor parte de la superficie del concreto es expuesta a futuros ataques químicos. Una parte vulnerable del concreto es la pasta de cemento. Aunque el concreto está compuesto en un 10 – 15% de cemento Portland, este se convierte en foco de agentes químicos agresivos exteriores como CO2 y gases ácidos que se disuelven en la humedad para producir lluvia ácida. La pasta de cemento es altamente alcalina, con un PH mayor a 12,5, este alto PH es dado a la presencia de hidróxido de calcio y menores cantidades de Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 4. Por que es importante la química en el Concreto alcalinos (sodio y potasio). Bajo condiciones ideales de carbonatación (50 – 70% de humedad relativa y una superficie de pasta expuesta), la cal hidratada (hidróxido de calcio) reacciona con el CO2 y forma carbonato de calcio que es el mismo mineral de la caliza. Mientras este proceso continua lentamente, tal vez en tasas de un mm o menos al año, el PH disminuye gradualmente y finalmente el carbonato de calcio cristalino reemplaza los productos de hidratación. La lluvia ácida es agresiva y puede rápidamente corroer las superficies expuestas, destruyendo eventualmente los minerales de cemento hidratado que proveen resistencia y durabilidad. Un ejemplo de ello es el obelisco de caliza en el Parque Central de Nueva York. Este ha sobrevivido miles de años en el desierto egipcio manteniéndose en condiciones originales, pero ahora luego de décadas de exposición a los gases ácidos de la atmósfera de la ciudad, las inscripciones del obelisco han desaparecido y no es posible verlas. Aunque la caliza no es concreto, los efectos de la lluvia ácida son similares. Durante el diseño de la mezcla de concreto la química debe ser considerada. Por ejemplo, si el concreto es ubicado donde puede ser expuesto a ambientes agresivos como sulfatos o cloruros, diferentes tipos de cemento ASTM deben ser seleccionados. El tipo 1 es el cemento Portland típico; el tipo 2 provee resistencia moderada a los sulfatos; y el tipo 5 provee mayores resistencias a los sulfatos. Actualmente existen muchas especificaciones estándar ASTM, ensayos ASTM, guías ACI, y otras recomendaciones para los profesionales de ingeniería sobre como diseñar mezclas de concreto, y todo esto está basado en el conocimiento general de la química del cemento y del concreto (Weaver 1978). Durante los pasados 10 ó 20 años, la experiencia de campo a mostrado que nos sólo el diseño de mezcla sino el curado del concreto es muy importante. El curado por supuesto es el proceso que provee suficiente humedad y energía térmica que promueve el proceso de hidratación, el proceso de curado controla el desarrollo de resistencias y fisuración por temperatura. Además, tiene un impacto significativo en la durabilidad del concreto. Un ejemplo reciente en la importancia del control del curado y la temperatura es la degradación del concreto por el aplazamiento de la formación de etringita. Como será discutido mas adelante la formación de etringita es un evento normal y útil mientras el Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 5. Por que es importante la química en el Concreto cemento Pórtland comienza a establecerse. Si esta formación es muy aplazada (días o meses después del endurecimiento del concreto) puede producir serios problemas de durabilidad.  Las Reacciones químicas del Cemento Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 6. Por que es importante la química en el Concreto El cemento Portland contiene silicatos de calcio y aluminatos de calcio formados por una secuencia de procesos químicos y térmicos incluyendo descomposición de caliza, reacción con otros materiales como arcilla, mineral de hierro y arena, fusión parcial de estos ingredientes y finalmente la formación de nódulos redondeados y rígidos llamados clinker. Todo esto ocurre a temperaturas que alcanzan aproximadamente 1400°C en plantas de hornos rotatorios. Luego del enfriamiento el clinker es molido con aproximadamente 5% de yeso (sulfato de calcio dihidratado) produciendo así el cemento Portland cuya finura es similar al de la harina (Kosmatka y Panarese 1994). En esta etapa revisaremos algunos elementos básicos de la química del cemento. El conocimiento actual de la composición química del cemento Portland y qué ocurre cuando este es mezclado con agua fue aportado inicialmente por el químico frances Henry Le Chatelier en 1987. En su tésis doctoral él identificó correctamente los principales minerales del cemento, como silicato tricalcico, silicato dicalcico y aluminato tricalcico. En 1915 científicos del laboratorio geofísico en Washimgton D.C. estaban estudiando la fase de alta temperatura y su relación con el sistema ternario CaO – SiO2 – Al2 O3. Entre las fases minerales estudiadas estaba el silicato tricalcico, silicato dicalcico y aluminato tricalcico. En el proceso de publicación del complejo diagrama de fases con forma de triangulo, fueron inventadas abreviaturas que simplifican la composición química de cada fase mineral. Por ejemplo, el silicato tricalcico Ca3SiO5 también podía escribiurse como la secuencia combinadas de dos oxidos como 3CaOSiO2. Los investigadores Rankin y Wrigth, utilizaron la denotación corta de CaO=C, SiO2=S y Al2O3=A. de acuerdo con esto, 3CaOSiO2 también podría estar escrito como C3S. De forma similar el silicato dicalcico, 2CaOSiO2 se convierte en C2S y el aluminato tricalcico, 3CaoAl2O3 en C3A (Bogue y Steinour 1961). Estas denotaciones fueron tan convenientes como útiles que en futuras comunicaciones en los años siguientes se introdujeron nuevas denotaciones cortas para otros oxidos como Fe2O3= F, MgO= M, H2O= H, Na2O= N, K2O= K. El problema adicional del S (trioxido de sulfuro), SO3, fue resuelto simplemente indicandolo como S’. Otros nombres para los minerales del cemento o sus hidratos son comunmente usados hoy, por aproximadamente 100 años, el silicato tricalcico y minerales de silicato dicalcico, en su composición de alguna manera impura que se cristaliza en clinker, habian sido llamados Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 7. Por que es importante la química en el Concreto “alita” y “belita” respectivamente. Otros son llamados por sus nombre mineralogicos equivalentes como periclacia para cristales MgO en el cemento, Portlandita para el hidroxido de calcio y etringita para alumino silicatos de calcio hidratados.  Reacciones de Hidratación Normales La mas rápida reacción que ocurre cuando se mezcla cemento y agua es la hidratación del aluminato tricalcico. Este junto con el agua formarán rápidamente aluminato de calcio hidratados. Esto ocurre tan rápidamente que el concreto puede endurecerse en minutos y volverse inmanejable por el calor que emite. Esta condición es llamada fraguado rápido. En el siglo 19, cuando el cemento desarrollaba su resistencia lentamente debido a que era muy grueso e imperfectamente reactivo, el rápido fraguado no era un problema. Eventualmente, con la introducción de los hornos rotatorios, con un proporcionamiento mas científico de las materias primas y con un clinker mas fino, la adición de yeso disminuyó el problema del rápido fraguado del cemento. Quimicamente, el C3A, el yeso y el agua formarían una capa protectora de etringita sobre la superficie de C3A expuestas, que podrían permanecer por varias horas. La hidratación del C3A reactiva mientras el fraguado inicial comienza, consumiendo el sulfato y formando mas etringita. Si el cemento Portland es un tipo 1 ASTM, probablemente contiene 8% de C3A lo cual es un porcentaje mayor que el sulfato presente. Cuando todo el sulfato ha sido combinado en etringita, el exceso de C3A continua hidratándose y luego comienza a remover el sulfato de la etringita para formar otro compuesto de sulfoaluminato de calcio llamado Monosulfato. Un cuarto mineral importante del cemento es la fase que contiene Hierro, Ferrita o Ferroaluminato Tetraclacico (C4AF). La mayor resistencia en el desarrollo del cemento resulta de la hidratación de las fases del C3S y C2S. Estos silicatos de calcio combinados con agua forman un hidrato de silicato de calcio similar a un gel.  Microestructura de la Pasta de Cemento Cuando el cemento se endurece debido a la hidratación de la pasta de cemento, el volumen total de los productos de hidratación es menor que el volumen original del Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 8. Por que es importante la química en el Concreto cemento Portland y agua. Como resultado de estas reacciones de hidratación y disminución del volumen de la pasta de cemento, se crea un sistema de poros capilares. Esta porosidad en el concreto gobierna su grado de susceptibilidad a varios factores químicos que tienen una profunda incidencia en su durabilidad. Las reacciones de mayor interés en la pasta de cemento son aquellas entre los componentes de la solución porosa y las fases sólidas presentes, que son los minerales originales del cemento, sus productos de hidratación y posiblemente superficies de agregados susceptibles en el caso de la reactividad Alcali Silice. Esto significa que mientras pasa el tiempo algunas fases sólidas se disuelven y nuevas fases se precipitan. El transporte en solución de varias sustancias que participan en las reacciones, controlan la tasa en la cual se realizan las reacciones químicas. Para que el agua esté disponible, debe haber posibilidad de que ésta entre al concreto y se mueva a través de la estructura de la pasta donde se convierte en parte de la solución porosa entre el sistema de poros capilares. La solución porosa contiene componentes químicos que se han disuelto de materiales sólidos. Estos son principalmente iones hidroxilo e iones alcalinos, al igual que menores cantidades de calcio, silicato, aluminato e iones de sulfato. Los iones de fuentes externas como sales disueltas pueden incluir cloruros y sodio. Este es el punto donde la micro estructura de la pasta en la forma de sistema de poros capilares se hace evidente. Si las fisuras en el agregado son ignoradas sólo la pasta tomará parte en el transporte de iones reactivos hacia el sistema de concreto. En tal sistema hay tres posibilidades para el transporte de agua: • A través del sistema capilar • A través de productos de hidratación • A través de fisuras en la estructura de la pasta Si el concreto es saturado de humedad, la solución porosa llenará los sistemas de poros capilares y las fisuras en la pasta. La conectividad de estos sistemas es crítica en controlar qué tanto y qué tan rápido las soluciones se pueden mover en el concreto. Para el concreto producido con agua cemento de 0,6 o mas, el sistema capilar será continuo (sistema percolante), y reactivos agresivos serán fácilmente movidos a través de la masa de concreto. Disminuyendo al agua cemento el sistema poroso se aísla en pequeños cluster de poros que no están conectados, estos pequeños cluster cerrados para la Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 9. Por que es importante la química en el Concreto superficie pueden saturarse de solución y reactivos disueltos. Algún movimiento a través de la pasta debe ocurrir a través del gel C-S-H o los productos de hidratación. La tasa de transporte líquido a través de la fase C-S-H es mil veces mas lenta que la que ocurre a través de los poros capilares, aunque los poros capilares son sólo el 1% del transporte en la sección, ellos proveen el 90% del transporte de la solución. Algunas soluciones químicas que dependen solamente del transporte a través del C-S-H no son importantes para propósitos prácticos. Si existen fisuras llenas de líquido, el movimiento de la solución será proporcional al número y tamaño de las fisuras, adicionalmente las fisuras proveerán atajos entre los cluster de poros y por esto podrán exponer profundas capas de cemento a que penetre la solución. Con fisuras suficientes las mismas fisuras formarán un sistema conectado percolando el concreto y permitiendo que reactivos disueltos se muevan en el sistema rápidamente. El ataque químico mas común, en el concreto, resulta de la exposición de suelos o aguas de arena que contiene sulfatos. Este mal es una ocurrencia común en EU y ha sido conocida por muchos años. La producción de cementos tipo 2 y tipo 5 intenta particularmente proveer resistencia a la exposición a sulfatos. El mecanismo en que el sulfato ataca es relativamente simple. Si el cemento contiene una elevada cantidad de C3A se producirá una importante cantidad de monosufoaluminato de calcio durante la hidratación. Esta sustancia es reactiva y si sulfato adicional de una fuente externa como suelo o agua de suelo penetra en el concreto, el monosulfato reaccionará y se convertirá nuevamente en etringita. Esta conversión generará un incremento volumétrico y será maligno para el concreto, si esto se permite que continúe, el concreto se destruirá. El concreto hecho con una alta agua/cemento y sujeto a agua de tierra que contienen sulfatos de sodio puede ser dañado por otros mecanismos. Estudios hechos en California han mostrado que aunque se use cementos tipo 2 y tipo 5, si el agua es capaz de percolar a través del concreto, el humedecimiento y secado de superficies expuestas al aire, posibilitan serios deterioros. El daño es principalmente por la cristalización repetida de sulfatos – Alcali y Carbonatos durante los ciclos de secado (Stark 1989). Química y Fisuras Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 10. Por que es importante la química en el Concreto Las fisuras en el concreto pueden ser debidas a razones físicas tales como retracción por secado o aplicación de cargas. Las reacciones químicas locales en el concreto, sin embargo, pueden también dar como resultado una expansión, con un incremento en los esfuerzos internos y posterior fisuración. El concreto es un material frágil y por esta razón solamente puede expandirse hasta ciertos límites antes de la falla. En términos generales, la expansión observada es igual a la suma de los anchos de las fisuras. No es posible determinar la causa de la expansión con base al patrón de fisura en la superficie del concreto. Muestras de concreto deben ser examinadas química y microscópicamente en su interior para determinar la causa de la expansión interna. En concretos expuestos a agentes, existen dos modelos de expansión: • El agregado se expande con relación a la pasta de cemento. • La pasta de cemento se expande con relación al agregado. Lo anterior se basa en una consideración física la cual dice que, en un sistema compuesto de partículas expansivas en una matriz, las fisuras se forman en la matriz alejándose radialmente de las partículas. La expansión de partículas en una pasta endurecida, tal como pasa con las partículas de agregado bajo un proceso de RAS, causa una fisuración en la partícula, la cual se extiende hacia fuera fisurando también la pasta que la rodea. El encogimiento de la pasta de cemento es un fenómeno común relacionado con la hidratación, y desde el punto de vista de las fisuras, es equivalente a la expansión de las partículas de agregado. Consideremos sin embargo que pasaría si la pasta de cemento se expandiera con relación a las partículas de agregado, las aberturas se abrirían alrededor de las partículas. Este concepto es un poco difícil de entender, ya que uno esperaría que la pasta en expansión ejerciera una fuerza de compresión sobre la partícula de agregado en lugar de abrir grietas alrededor de ella. Esto es similar a la pregunta de si un hoyo que ha sido taladrado en una pieza de metal incrementaría o disminuiría su diámetro cuando el metal se caliente y se expanda. Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 11. Por que es importante la química en el Concreto Una forma de entender el fenómeno es considerar que el concreto está hecho con agregado que no se expande, y llevar a cabo un experimento imaginario (fig. 2). Primero, asumamos que el concreto, incluyendo pasta y agregados, se expande un 20 % en todas las direcciones. No hay distorsión, no hay fisuración y el concreto está solamente más grande. A continuación, encojamos las partículas hasta alcanzar su tamaño original. Qué ha pasado? Las partículas ahora se encuentran depositadas en hoyos que son 20% más grandes que su tamaño individual. Así, las aberturas se han formado alrededor de la partícula de agregado y, además, esas aberturas son proporcionales al tamaño de la partícula.  Reacción Alcali - Sílice La reacción química llamada RAS toma lugar entre las soluciones porosas altamente alcalinas (ph muy alto) y la sílice activa que contienen algunas partículas de agregado. La gran cantidad de iones de hidróxido presentes en la solución porosa debido a la alta concentración de álcalis (sodio y potasio), disuelven la sílice activa en la superficie de agregado formando un gel de silicato álcali. A pesar de que, en teoría, cualquier forma de sílice puede reaccionar con los hidróxidos de álcali, son las rocas de silicio tales como ópalo, greywake, algunas chert, y glassy volcanic materials, los que aparecen como los más reactivos. La sílice reactiva de los agregados formará gel silicoalcalinoso empezando en la superficie y moviéndose hacia el interior del agregado. Se crearán esfuerzos de tensión a medida que avanza la reacción causando la fisuración del agregado y de la pasta que lo rodea. En casos severos, las fisuras se interconectan y generan un debilitamiento del concreto. La debilitación es debida únicamente a las fisuras. La pasta entre las fisuras mantiene su composición y resistencia. Rocas densas policristalinas, tales como granitos, reaccionan de forma mucho más lenta. La reacción química ocurre en áreas límites de granos heterogéneos. En tales casos, un mínimo grado de reacción causaría la fisura pero usualmente se forma una insignificante cantidad de gel. En la RAS, ya que cada fractura interna en el concreto crea un espacio vacío, la reacción álcali – sílice causa un correspondiente incremento de volumen. El resultado de la reacción es las aparición del mapa de fisuras en la superficie del concreto. Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 12. Por que es importante la química en el Concreto  Expansión de la pasta RAS es un ejemplo de una reacción química en la cual el agregado juega un papel importante en el proceso de deterioro del concreto. En las reacciones relacionadas con sulfatos interviene únicamente la pasta de cemento. Este tipo de reacciones, que están asociadas a la exposición del concreto a altas temperaturas durante el curado en sistemas que contienen cementos con contenidos normales de sulfatos, han sido un controvertido tema de discusión por algún tiempo. La DEF resulta de una reacción química, o series de reacciones químicas, las cuales no son bien comprendidas actualmente, pero que el diagnóstico es bastante simple; el deterioro resulta de la expansión de la pasta de cemento en el concreto afectado. En los concretos afectados por la reacción de sulfatos, una fase de etringita es usualmente observada. Pero la etringita en el concreto no se debe únicamente al ataque por sulfatos. La etringita es un producto natural resultante de la reacción química entre las fases aluminosas del cemento, agua y yeso, como se mencionó anteriormente. La formación de etringita toma lugar en la pasta y es distribuida uniformemente. En concretos maduros, expuestos a condiciones de humedad, la etringita es encontrada en poros y fisuras. Esto no es una indicación de que hay un daño, pero puede ser el producto de un proceso normal de recristalización conocido como “Ostwald ripening”. Esto significa que los pequeños cristales tienen más alta solubilidad que los grandes cristales, y cuando el concreto se satura de agua hasta cierto grado, los pequeños cristales contenidos en la pasta se disuelven en los líquidos capilares y posteriormente se recristalizan como cristales más grandes en cualquier espacio disponible tal como poros y fisuras. “Ostwald Ripening” es un principio general de la química, y la cristalización del hidróxido de calcio ocurre de una forma similar. En lo que tiene que ver con la reacción de sulfatos, las altas temperaturas a edades tempranas son un parámetro muy importante. A ciertas temperaturas, generalmente mayores a 70 °C la etringita se vuelve inestable debido a un incremento en la solubilidad. Esta temperatura depende fuertemente del contenido de álcalis y de otros componentes del cemento que son poco estudiados. Dónde van los componentes de la etringita luego de su descomposición, no está claro. Porciones de etringita pueden ser consumidas en el C-S-H o pueden quedarse en la solución. Este tema es objeto de muchas investigaciones Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 13. Por que es importante la química en el Concreto científicas y discusiones en el presente. Lo que es claro es que la química importa, así no se conozca plenamente la secuencia precisa de las reacciones. Un signo de expansión de la pasta de cemento es la presencia de vacíos o grietas alrededor de las partículas de agregado, como se explicó previamente. Usualmente la etringita ocupa esos lugares. Sin embargo, hay también ejemplos de expansión de pasta que evidencian aberturas vacías. La siguiente es una posible explicación de la expansión de la pasta debida a la reacción de sulfatos, en la cual el sulfato disuelto en el líquido capilar reacciona con las partículas de aluminato anhídrido o hidratado en la pasta de cemento endurecida. Johansen and Thaulow (1999) discutieron esto previamente. La pasta endurecida, mortero, y tratamientos de curado al vapor del concreto son situaciones en las cuales uno puede encontrar partículas de clinker sin hidratar en varias cantidades. Como se mencionó anteriormente, por encima de ciertas temperaturas, la etringita es inestable, y la primera fase en hidratarse es aluminato tricálcico. Por consiguiente, luego de enfriarse a la temperatura normal del ambiente después del tratamiento térmico, el concreto contiene partículas anhídras de aluminato y fases de aluminato hidratado. Al paso del tiempo y durante el periodo de curado con humedad, estas partículas seguirán reaccionando con los sulfatos en la solución porosa. La pasta endurecida confina las partículas de agregado y el volumen del silicato y la etringita formados resultaran en el desarrollo de unas presiones internas localizadas. Los cristales bajo presión tienen una solubilidad más alta que la que tendrían si no estuvieran bajo presión. Mientras más y más fases de aluminato se forman en la reacción de las partículas, la presión se incrementará y así también su solubilidad. Si la solubilidad se incrementa al nivel correspondiente a la concentración en la solución porosa, el crecimiento del cristal se detiene y la presión actuará localmente sobre la partícula y sus alrededores. De esta manera, la partícula en reacción puede actuar como el centro de la presión local. Esto causará un incremento en los esfuerzos en la pasta que rodea la partícula. Si la presión creada es mayor que el esfuerzo de tensión soportado por la pasta, ésta se cederá fisurándose. Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor
  • 14. Por que es importante la química en el Concreto CONCLUSIONES Retomando la pregunta inicial, porqué la química importa? La respuesta puede ser resumida como sigue: La química importa porque la composición del concreto y su desempeño están basados en una variedad de reacciones químicas que se desarrollan permitiendo que los constituyentes del cemento fraguan y endurezcan obteniendo así las propiedades deseadas. La durabilidad del concreto depende de los procesos químicos desarrollados con los componentes del cemento y el agregado, condiciones de curado y exposición a agentes naturales. Las reacciones químicas ocurridas durante la hidratación del clinker determinan la microestructura del concreto. El concreto endurecido es químicamente reactivo, dadas las condiciones anteriormente expuestas. Por todo lo anterior, es necesario diseñar mezclas de concreto y construir estructuras de una forma tal que se permitan controlar o compensar la reactividad química. Por Vagn C. Johansen, Waldemar A. Klemm, y Peter C. Taylor

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