RESUMEN:
La durabilidad de las estructuras de concreto es afectada por diversos factores dentro de los cuales se encuentra la reacción álcalis-sílice, motivo por el cual debemos considerar el concreto para que sea capaz de resistir los ataques químicos, tener baja permeabilidad, fisuración, deformación, vibración, resistencia a compresión, entre otros factores (condiciones de servicio); para de ese modo garantizar los requisitos para obtener un buen desempeño y durabilidad del material.
La reacción álcalis-sílice es un fenómeno por el cual ciertos tipos de minerales silíceos (SiO2), que están en los agregados, son disueltos por el alto pH que resulta de la disolución del sodio (Na) y el potasio (K). Los álcalis pueden provenir de los mismos componentes de la mezcla, como son el cemento, los aditivos, cementantes complementarios (puzolanas) y agregados, y de fuentes externas, como es del caso de agua, en el suelo o marina, o de productos químicos en contacto con el concreto. En todos los casos, la reacción produce un gel que tiene la habilidad de incorporar agua, que lo expande y genera presión interna produciendo fisuras y, por consiguiente, pérdida de resistencia. Este fenómeno de reacción ocurre lentamente, cuando el concreto ya se encuentra endurecido y en servicio. En todos los casos, el requisito para que se produzca la reacción es que el concreto esté en contacto permanente u ocasional con el agua. Esta condición es común a todos los elementos en concreto que están colocados en las fundaciones, en las obras de infraestructura y en los concretos expuestos en las fachadas de los edificios.
En sus inicios, los efectos de la reacción álcalis- sílice no son visibles y sólo se detectan por técnicas de microscopia o mediante el monitoreo directo de la estructura. Cuando ya está bien desarrollado, se pueden evidenciar fácilmente daños por el aumento del tamaño del concreto, la aparición de fisuras y, en los casos más severos, la aparición de gel de reacción, de color blanco, en la superficie del concreto. Para prevenir y/o mitigar éste fenómeno se puede considerar que:
- Es imposible detectar a simple vista un agregado reactivo. Para prevenir la reacción álcalis-sílice se ha desarrollado gran número de ensayos de laboratorio. En el caso de los agregados, los métodos más confiables en la actualidad son: el ensayo acelerado en barras (ASTM C1260 y C1567), y el método en prismas (ASTM C1293). Lo óptimo es complementarlos con ensayos petrográficos de los agregados y del concreto con que se elaboraron las barras o prismas. Así, se usa un método sistémico de detección de los agregados reactivos y del diseño de mezclas. Por su parte, la petrografía sobre los agregados debe orientarse a buscar la presencia de cuarzos microcristalinos, policristalinos y criptocristalinos, en cambio la que se hace sobre el concreto debe investigar evidencias de la reacción álcalis-sílice como son la presencia de gel de reacción, fisuras en la pasta y los agregados, la degradación de la pasta y los agregados, entre otras.
- Realizar una inspección de la estructura de concreto ya en servicio evaluando el comportamiento de los agregados, teniendo en cuenta que éste se debe sustentar en los requisitos de la norma ASTM C823, la cual establece un procedimiento basado, principalmente, en la petrografía del concreto y en el análisis de la totalidad de los materiales usados para fabricar esos concretos.
- Si se detecta que los agregados son reactivos, se debe determinar en laboratorio la mitigación de la reacción, tanto por el método acelerado en barras como por el de los prismas. La estrategia de mitigación más común incluye la dosificación de puzolanas (cementantes complementarios), tales como el metacaolín de alta reactividad, el humo de sílice (silica fume) o las cenizas volantes. Las puzolanas a usar deben cumplir, plenamente, la norma NTC 3493 (ASTM C618-15), en los requisitos químicos, físicos y el suplementario de eficiencia en la mitigación de la reacción álcalis-sílice.
- Es importante resaltar que, en todos los casos, el diseño de la mitigación de la reacción debe ser conservativo, es decir, que no se debe optimizar el contenido de puzolana, pues los agregados tienen una variación natural de reactividad, así como los ensayos presentan cambios en la precisión y variaciones que pueden llevar en ese caso a un diseño insuficiente. Esto equivale a lo que ocurre en una obra cuando se diseña una mezcla de 21 MPa, en que se usa una formulación que entregará una resistencia mayor a la de diseño, por ejemplo, 28 MPa. Por otra parte, agregados muy reactivos pueden exigir grandes cantidades de puzolana que, según sea el caso, pueden afectar otras propiedades del concreto: tiempos de fraguado, ganancia de resistencia, resistencia a la erosión. Puzolanas con más de 1,5% de álcalis equivalentes y aplicadas en grandes cantidades pueden terminar elevando la carga total de álcalis del concreto y exacerbando la reacción, sin que la anomalía sea detectable por los métodos de ensayo.
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.
“En sus inicios, los efectos de la reacción álcalis- sílice no son visibles y sólo se detectan por técnicas de microscopia o mediante el monitoreo directo de la estructura. Cuando ya está bien desarrollado, se pueden evidenciar fácilmente daños por el aumento del tamaño del concreto, la aparición de fisuras y, en los casos más severos, la aparición de gel de reacción, de color blanco, en la superficie del concreto”.
CONCLUSIÓN
Para proteger y/o mitigar la reacción álcalis-sílice en el concreto, la cual afecta principalmente la durabilidad del material, es recomendable utilizar el método de laboratorio acelerado en barras (ASTM C1260 y C1567) y el de prismas (ASTM C1293), complementados a su vez con diagnósticos petrográficos de los agregados y del concreto.
