Ataque de sulfatos en hormigón y mortero

El ataque de sulfatos suele ocurrir en las losas de planta baja en contacto con suelos que contienen sulfatos. ^{[ 1 ]} 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 se origina en suelos que contienen SO^2-4_​iones, como MgSO₄ _o Na₂SO₄, _sales solubles _e higroscópicas. Los hidratos de aluminato tricálcico (C₃A ₎ interactúan primero con 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 considerable tensión de tracción en la matriz del hormigón, lo que provoca la formación de grietas. Finalmente, los iones Ca²⁺ ^en equilibrio con portlandita (Ca(OH) _₂ ) y CSH, disueltos en el agua intersticial del hormigón, también pueden reaccionar con SO₄²⁻.^2-4_​iones para precipitar CaSO₄ _· 2H₂O ₍ yeso ) . Una fracción de SO₄^2-4_​Los iones también pueden quedar atrapados o adsorbidos en la estructura laminar del CSH. ^{[ 2 ]} 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.

La hidratación del cemento y el desarrollo de su resistencia dependen principalmente de dos fases de silicato: silicato tricálcico (C₃S ₎ ( alita ) y silicato dicálcico (C₂S ₎ ( belita ). ^{[ 3 ]} 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 . El CSH es la fase que actúa como aglutinante en la pasta de cemento endurecida y es responsable de su cohesión. El cemento también contiene dos fases de aluminato: C₃A _y C₄AF _, respectivamente el aluminato tricálcico y el aluminoferrito tetracálcico. Los productos de hidratación del C₃A _son AFm, monosulfato de aluminoferrito de calcio, y etringita , un trisulfato de aluminoferrito de calcio (AFt). El _C₄AF se hidrata como hidrogarnet y etringita ferrosa.

Este es el tipo más común de ataque por sulfatos y suele ocurrir donde el agua subterránea que contiene sulfato disuelto está en contacto con el hormigón. Los iones sulfato que se difunden en el hormigón reaccionan con la portlandita (CH) para formar yeso: ^{[ 2 ]}

Cuando disminuye la concentración de iones sulfato, la etringita se descompone en aluminatos monosulfato (AFm):

Cuando reacciona con el hormigón, provoca que la losa se expanda, se eleve, se deforme y se agriete, además de ejercer presión sobre las paredes circundantes, lo que puede causar movimientos que debilitan significativamente la estructura.

Algunos materiales de relleno que se encuentran frecuentemente en los cimientos de los edificios y que causan ataques de sulfatos son los siguientes: ^{[ 1 ]}

• Ceniza roja ( esquisto )
• Ceniza negra
• Escoria
• ceniza volante gris
• Otros materiales industriales y escombros de construcción también pueden causar problemas.

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 . ^{[ 1 ]}

Si el yeso está presente en exceso en el hormigón, reacciona con los aluminatos monosulfato para formar etringita:

En secciones delgadas , a menudo se puede observar un frente de reacción bastante bien definido ; 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 comúnmente incluyen:

• Agrietamiento extenso
• Expansión
• Pérdida de adherencia entre la pasta de cemento y el agregado
• Alteración de la composición de la pasta de cemento endurecida, con conversión de la fase de aluminatos monosulfatos a etringita y, en etapas posteriores, formación de yeso. El calcio adicional necesario es proporcionado por el hidróxido de calcio y el silicato de calcio hidratado en la pasta de cemento.

El efecto de estos cambios es una pérdida general de la resistencia del hormigón.

Los efectos descritos anteriormente son típicos del ataque de soluciones de sulfato de sodio o sulfato de potasio . Las soluciones que contienen sulfato de magnesio suelen ser más agresivas a la misma concentración. Esto se debe a que el magnesio también participa 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.

• La oxidación de la pirita en las formaciones arcillosas en contacto con el hormigón produce ácido sulfúrico , que reacciona con el hormigón.
• La actividad bacteriana en las alcantarillas , concretamente la reducción anaeróbica de sulfato que se produce en los lodos ricos en materia orgánica acumulados bajo el agua en los conductos, genera gas sulfuro de hidrógeno ( _H₂S ). Tras su liberación al aire de las galerías, el oxígeno atmosférico oxida el H₂S a ácido _sulfúrico .
• En la mampostería , los sulfatos producidos por la oxidación de la pirita en los materiales arcillosos pueden estar presentes en los ladrillos. Se liberan gradualmente durante un largo período de tiempo, causando el ataque de sulfatos al mortero , especialmente donde el movimiento de la humedad concentra los sulfatos. ^{[ 4 ]}
• Agua de mar : el sulfato es el segundo anión presente en el agua de mar después del cloruro .

Los ataques de sulfato se identifican mediante una inspección correctiva, pero a menudo se pasan por alto al realizar una inspección de humedad, ya que pueden considerarse un problema estructural en lugar de un problema de humedad, pero se requiere humedad para que se produzca la reacción. ^{[ 1 ]}

Una primera inspección visual y de nivelación de la estructura y del terreno subyacente es un primer paso para detectar un problema de sulfatos. Para caracterizar el tipo y la profundidad del relleno, se necesitan perforaciones de exploración.

Si hay agua en el subsuelo de la estructura, puede ser necesario consultar a un ingeniero estructural, dependiendo del nivel de daño o movimiento de las paredes. ^{[ 1 ]}

Las medidas correctivas dependen 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 utilizarse como material de relleno bajo la losa de reemplazo. ^{[ 1 ]}

• Degradación del hormigón
• Corrosión por picaduras (efecto del azufre y los sulfuros)