Estudio de la resistencia al ataque físico por sulfatos en un concreto liviano con arcilla expandida

Abstract

Diversas investigaciones experimentales han comprobado la vulnerabilidad de los materiales de construcción base cemento al ataque de agentes agresores capaces de ingresar al material por mecanismos de transporte como la conductividad hidráulica, la sorcibilidad y la difusión, y posteriormente reaccionar con los compuestos allí presentes o simplemente alojarse en los espacios disponibles formando fases que causan deterioro físico. En el concreto, la formación de fases de sulfato de sodio cristalizadas en los poros es responsable del deterioro conocido como ataque físico por sulfatos (PSA), el cual está influenciado por la distribución, tamaño e interconexión de los poros. Así las cosas, el deterioro del concreto por PSA está relacionado con la conductividad hidráulica del concreto. Este fenómeno ha sido ampliamente estudiado en concretos convencionales, pero poco se ha evaluado en los concretos livianos. Es por esto que, es de interés en este caso observar el fenómeno en concretos livianos con arcilla térmicamente expandida (ATE). En este trabajo, se emplearon concretos livianos con relaciones agua/cemento de 0,49, y 0,45 que fueron sometidos a 90 ciclos de temperatura entre 5 y 30 ℃, en una solución de sulfato de sodio al 30%, método que ha sido reportado como una de las exposiciones más severas debido a la rápida cristalización de la mirabilita. Los métodos de evaluación se basaron en el cambio de masa y la apariencia visual en contraste con propiedades físicas, como resistencia a compresión, densidad de equilibrio, sorcibilidad, porosidad abierta y permeabilidad del concreto al agua. Adicionalmente se empleó microscopía electrónica de barrido y técnicas de caracterización como fluorescencia de rayos X, y difracción de rayos X. Los resultados mostraron que el agregado liviano no incide en el deterioro del concreto atacado por sulfatos, sino que esto depende directamente de la calidad de la pasta de concreto y de su capacidad para transportar agentes dañinos, en este caso el sulfato de sodio. El sistema interno alveolar presente en el agregado liviano térmicamente expandido no propicia la formación de cristales en su interior, dado que contribuyen a la reducción de la ITZ y el refinamiento de poros en la pasta del concreto contigua a las ATE. Una menor relación agua/cemento en el concreto liviano mejora el desempeño de la pasta a través de la reducción en la porosidad y conductividad hidráulica, por lo tanto contribuye a retrasar el daño por PSA, aunque no evita la formación de yeso que puede ser el principio del deterioro por ataque químico por sulfatos, dado que continua habiendo disponibilidad de hidróxido de calcio (CH) para reaccionar con el sulfato. Por otro lado, el uso de metacaolín puede controlar el daño físico ocasionado por fenómeno PSA y la formación de yeso que conlleva a reacciones químicas que causen el deterioro del concreto. (texto tomado de la fuente)

Various experimental investigations have verified the vulnerability of cement-based construction materials to the attack of attacking agents capable of entering the material through transport mechanisms such as hydraulic conductivity, sorcibility and diffusion, and subsequently reacting with the compounds present there or simply staying in the available spaces, forming phases that cause physical deterioration. In concrete, the formation of crystallized sodium sulfate phases in the pores is responsible for the deterioration known as physical sulfate attack (PSA), which is influenced by the distribution, size, and interconnection of the pores. Thus, the deterioration of concrete by PSA is related to the hydraulic conductivity of the concrete. This phenomenon has been extensively studied in conventional concrete, but little has been evaluated in lightweight concrete. For this reason, it is of interest in this case to observe the phenomenon in lightweight concrete with thermally expanded clay (ATE). In this work, lightweight concretes with water/cement ratios of 0.49 and 0.45 were used, which were subjected to 90 temperature cycles between 5 and 30 ℃, in a 30% sodium sulfate solution, a method that has been reported as one of the most severe exposures due to the rapid crystallization of mirabilite. The evaluation methods were based on mass change and visual appearance in contrast to physical properties, such as compressive strength, equilibrium density, sorcibility, open porosity, and concrete water permeability. Additionally, scanning electron microscopy and characterization techniques such as X-ray fluorescence, X-ray diffraction, and thermogravimetric analysis were used. Resumen y Abstact Estudio de la resistencia al ataque físico por sulfatos en un concreto liviano con arcilla expandida ix The results showed that the lightweight aggregate does not affect the deterioration of the concrete attacked by sulfates, but that this depends directly on the quality of the concrete paste and its ability to transport harmful agents, in this case sodium sulfate. The internal alveolar system present in the thermally expanded lightweight aggregate does not favor the formation of crystals inside, since they contribute to the reduction of the ITZ and the refinement of pores in the concrete paste adjacent to the ATE. A lower water/cement ratio in lightweight concrete improves the performance of the paste through the reduction in porosity and hydraulic conductivity, therefore it contributes to delaying PSA damage, although it does not prevent the formation of gypsum, which can be the beginning of deterioration due to sulfate chemical attack, since calcium hydroxide (CH) continues to be available to react with sulfate. On the other hand, the use of metakaolin can control the physical damage caused by the PSA phenomenon and the formation of plaster that leads to chemical reactions that cause the deterioration of the concrete