RESUMEN:
Las zonas destinadas a radiología, medicina nuclear, centrales nucleares, generalmente expuestas a rayos X, rayos gamma y radiación de neutrones, requieren instalaciones que proporcionen “blindaje” y que ayuden a minimizar el efecto nocivo a las personas. Para este fin, en muchos lugares del mundo ya se ha utilizado el concreto de alta densidad.
El concreto de alta densidad, también llamado concreto de densidad elevada, difiere del concreto convencional por tener una densidadmayor (masa volumétrica de hasta cerca de 6.400 kg/m3). Por sus características constituye la solución más efectiva en blindajes para proteger al personal profesional y los pacientes expuestos a la emisión de partículas radioactivas. También es utilizado en paredes de bóvedas y cajas fuertes, en pisos industriales, en elementos que sirven de contrapeso y en la fabricación de contenedores para desechos radiactivos.
El tipo y la intensidad de la radiación normalmente determinan los requisitos para la masa volumétrica y el contenido de agua del concretode alta densidad. La eficiencia contra los rayos gamma es aproximadamente proporcional a la masa volumétrica del concreto, porque cuanto mayor es la masa volumétrica más eficiente es el blindaje.
Para este concreto, en el que el hidrógeno presente en el agua provee un elemento ligero eficiente, es indispensable utilizar agregados de densidad elevada. Algunos agregados contienen agua cristalizada, llamada agua fija, como parte de su estructura. Por esta razón, agregados de gran peso con alto contenido de agua fija frecuentemente se usan para atenuar la radiación de rayos gamma y de neutrones. El vidrio de boro también se añade para atenuar la radiación de neutrones.
¿Cuáles son los agregados de densidad elevada?
Dentro de los agregados de densidad elevada empleados para la producción de concretos pesados están: barita, ferrofósforo, goetita, hermatita, ilmenita, limonita, magnetita, punzonado de acero sin grasa y perdigones de acero.
Cuando se desea un alto contenido de agua fija, se puede utilizar serpentina (que tiene un peso ligeramente mayor que el agregado de peso normal) o bauxita. Los requisitos de los agregados para producir concretos pesados se pueden encontrar en la norma ASTM C 637– Especificación estándar para agregados para concreto de blindaje contra la radiación, y su nomenclatura en la norma ASTM C 638 – Descripción estándar de la nomenclatura de agregados constituyentes de concreto para blindaje contra la radiación.
En general, la selección de los agregados depende de sus propiedades físicas, disponibilidad y costo. Los agregados de gran peso deben ser razonablemente libres de material fino, aceite y sustancias extrañas que puedan afectar la adherencia entre la pasta y los agregados o la hidratación del cemento. Para que se logre buena trabajabilidad, densidad máxima y economía, los agregados deben tener una forma aproximadamente cúbica y deben estar libres de partículas excesivamente planas o alargadas.
Aunque los agregados pesados que se usan en este tipo de concreto pueden presentar dificultades en su trituración y manejo durante su clasificación por tamaños y pueden conducir a problemas costosos en el mezclado, transporte, colocación y acabado, su uso es absolutamente necesario o, por lo menos, conveniente en el diseño de estructuras que requieren algún tipo de blindaje.
¿Cuáles son las propiedades del concreto de alta densidad?
Las propiedades del concreto de alta densidad en los estados fresco y endurecido se pueden adecuar para satisfacer las condiciones de obra y los requisitos de blindaje, a través de la selección adecuada de los materiales y de las proporciones de la mezcla. A excepción de la densidad, las propiedades del concreto de gran peso son similares a aquellas del concreto de peso normal.
La resistencia es función de la relación agua / material cementante y, por lo tanto, para cualquier conjunto específico de materiales, se pueden lograr resistencias comparables a las del concreto convencional. Como cada proyecto tiene requisitos específicos, se deben realizar mezclas de prueba con los materiales de la obra y bajo las condiciones de obra, para determinar las proporciones adecuadas de la mezcla.
Los procedimientos para la selección de las proporciones del concreto de gran peso son los mismos de aquellos del concreto de peso normal. Sin embargo, el ACI 211.1 – Práctica estándar para seleccionar el proporcionamiento de concreto de peso normal, pesado y masivo trae información adicional sobre las mezclas, así como ejemplos de cálculos.
Cabe señalar que, como principio fundamental, en el diseño de la mezcla de concreto de alta densidad, es clave considerar factores como: energía de la radiación, tamaño y localización de vanos en la barrera protectora, orientación y tamaño del campo de radiación, relación geométrica entre la fuente de radiación y posibles vanos, relación geométrica entre vanos y personas, y materiales o instrumentos a proteger, entre otros.
¿El concreto de alta densidad requiere más adiciones aparte de los agregados?
En algunas ocasiones sí, aunque lo recomendable es realizar primero todos los estudios previos en laboratorio para determinar si es o no viable. Por ejemplo, las adiciones de boro, como colemanita, fritas de boro y borocalcita, se usan a veces para mejorar las propiedades del concreto de alta densidad contra los neutrones.
Sin embargo, pueden afectar adversamente el fraguado y la resistencia temprana. Por lo tanto, se deben realizar mezclas de prueba con la adición, bajo las condiciones de obra, para determinar su conveniencia. Los aditivos tales como cal hidratada bajo presión se pueden usar con tamaño de arena gruesa para minimizar cualquier efecto retardante.
Con el uso moderno de los aditivos químicos se puede incrementar la densidad de la pasta al reducir la relación agua / material cementante, aumentando a su vez la trabajabilidad y, de manera notable, la resistencia del concreto. Además, los aditivos minerales de vapor condensado de sílice permiten lograr una mayor densidad de la pasta, con menor permeabilidad y mayor resistencia.
Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.
La eficiencia contra los rayos gamma es aproximadamente proporcional a la masa volumétrica del concreto, porque cuanto mayor es la masa volumétrica más eficiente es el blindaje.
CONCLUSIÓN
El concreto como material primordial en diferentes tipos de obras de construcción también aporta grandes beneficios y, mediante el concreto de alta densidad por ejemplo, en proyectos especiales como salas de radiación y cajas fuertes, entre otras, logra blindar en gran parte el daño que pueden causarle al ser humano los rayos x, gamma y la radiación de neutrones, aportando a su vez mayor peso con menor volumen.
