LECION 5.- USOS DE LOS CEMENTOS. RECOMENDACIONES PARA EL USO DE LOS CEMENTOS. 1.- Generalidades 1.1.- Introducción. 1.1.1.- Necesidad de una elección racional de los cementos. Las propiedades y el comportamiento del hormigón dependen en gran parte de su componente más activo: EL CEMENTO. Como consecuencia, la elección del cemento más adecuado en cada caso tiene gran repercusión técnica y económica para el hormigón. Ante una gran variedad de cementos disponibles es preciso distinguir entre los de utilización general y los idóneos para usos específicos, y la distinción se debe hacer en términos de resistencia mecánica, estabilidad de volumen y durabilidad. Los cementos para usos específicos han de cumplir requisitos que no tienen por qué ser impuestos innecesaria y antieconómicamente a los de utilización general. En la elección de los cementos se debe evitar la incompatibilidad entre exigencias con respecto a características antagónicas, o aceptar un compromiso entre ellas, en relación con el hormigón que se pretende obtener. En estas recomendaciones figuran las referencias a las normas correspondientes, las indicaciones acerca de los distintos grados de utilización de los cementos según sus tipos, subtipos y clases o categorías resistentes, en función de los tipos de hormigón y clases de obras a las que pueden ir destinados. La durabilidad del hormigón depende ante todo de su compacidad -impermeabilidad, impenetrabilidad a fluidos e iones-, y también de la elección del cemento más adecuado para cada circunstancia. Esta segunda dependencia es, en general, de menor peso que la primera, hasta el punto de que un hormigón compacto e impermeable, muy poco poroso, hecho con un cemento que no sea el más adecuado, resiste más y mejor en un determinado medio agresivo que otro hormigón que, hecho con el cemento más idóneo, y a igualdad de todo lo demás, sea más poroso, esto es, menos denso, compacto e impermeable. La condición de compacidad del hormigón se consigue a base de la calidad y proporción de los materiales (Naturaleza y granulometría de los áridos, relación cemento/áridos, relación agua/cemento), las cuales forman parte del diseño del hormigón, y también a base de una buena ejecución del mismo en sus distintas fases (Amasado, transporte, vertido, puesta en obra, compactación, curado y protección), en la mayoría de las cuales no intervienen directamente las características del cemento. Los aspectos a tener en cuenta al señalar las precauciones de tipo general en el uso de los cementos se refieren al periodo y forma de su almacenamiento, a su categoría resistente y a sus características especiales, en su caso. En cuanto al hormigón, a la dosificación de cemento, a la relación agua/cemento, a los áridos, a la compacidad, a la retracción térmica, plástica e hidráulica y a la fisuración. En cuanto a la tecnología del hormigón las precauciones a tomar se refieren, incluso en función de las condiciones ambientales, al amasado, a la compactación, al hormigonado en tiempo o clima frío y seco, o seco, cálido y ventoso, al riesgo de desecación y a las condiciones de curado para evitarla, así como al control de la fisuración de todo tipo; y en cuanto a las circunstancias y particularidades de la obra, al volumen de la misma, al espesor de los elementos, a la relación superficie/volumen, y a su finalidad. Naturalmente que estos aspectos, además de determinar las precauciones a adoptar en el empleo de los cementos, orientan sobre las utilizaciones de los más recomendables. 1.1.2.- Propósito de estas recomendaciones. La elección de un cemento para un fin determinado no es, en general, difícil. En tal sentido es aconsejable utilizar, siempre que se pueda, un cemento de uso general, de producción uniforme y empleo local bien conocidos y acreditados. Por ejemplo, entre los definidos en la Norma ENV 197.1:2000, los cementos de tipo II, en sus diversas modalidades, salvo una decisiva justificación en contrario.

Justificaciones en tal sentido pueden ser: (a).- La exigencia de altas resistencias iniciales. (b).- La resistencia a sulfatos del terreno, al agua de mar o a otros medios agresivos químicos. (c).- La reactividad de los áridos con los álcalis. (d).- Algunas obras masivas de hormigón en las que la alta temperatura pueda ocasionar tensiones de tipo térmico, con la retracción y fisuración correspondientes. (e).- La resistencia del hormigón a muy altas temperaturas. (f).- El color (blanco) del hormigón. Un ejemplo muy general de lo dicho se expone y resume en la tabla 1.1.2.1 por lo que se refiere a los cementos de uso común. Tabla 1.1.2.1.- Aplicaciones generales de los cementos.

El propósito de estas Recomendaciones es informar y ayudar al usuario a utilizar los cementos de empleo general, y a distinguir cuándo debe usar otros especiales, en función de sus efectos en las propiedades, comportamiento y prestaciones del hormigón. OTRAS PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTOS DEPENDEN MÁS DE LA ADECUADA DOSIFICACIÓN DE CEMENTO QUE DE LAS CARACTERISTICAS DEL MISMO. Las presentes Recomendaciones van dirigidas a técnicos con formación siempre -con experiencia, en su caso-, y de cualquier modo con criterio o medios de formarlo para evaluar, juzgar y decidir conscientemente la mejor solución en cada circunstancia, y siempre bajo su exclusiva responsabilidad. Tampoco se piense que con hacer caso a carga cerrada de las indicaciones que se den en lo que sigue, basta. No basta, si se olvida que la calidad y el comportamiento de un hormigón, estructura u obra no depende solo del cemento que se elija para ellos, sino de otros múltiples factores, tales como los demás materiales del hormigón, la granulometría de los áridos, la dosificación, la relación agua/cemento, y la ejecución, es decir, el amasado, el transpone, la puesta en obra, la compactación y el curado del propio hormigón, frente a los cuales, a veces -y sobre todo cuando se descuidan, el utilizar un cemento más o menos indicado puede resultar secundario. Las Recomendaciones NO SON UN TRATADO DE QUÍMICA DEL CEMENTO, pero dan referencias acerca de dicho tema. Tampoco tienen carácter preceptivo, sino simplemente orientativo. Por ello, y dentro de la documentación de AENOR, no se presentan como NORMA, pero sí como INFORME TÉCNICO.

Es de destacar que, conforme a lo indicado en la tabla 1.1.2.1, con independencia del tipo -y por lo tanto de la composición global del cemento-, diferentes cementos pueden tener varias y distintas características optativas en cuanto a: (a).- Resistencia al agua de mar y/o a sulfatos (Norma UNE 80303:1996) (b).- Bajo calor de hidratación (Norma UNE 80306:1996) (c).- Color blanco (Norma UNE 80305:1996) (d).- Puzolanicidad (Normas UNE 80301:1996 y UNE 80305:1996) Siempre que, en cada caso, exista compatibilidad y se cumplan los requisitos señalados en las correspondientes normas. 1.2.- Influencia del cemento en las propiedades del hormigón. 1.2.1.- Generalidades. En el comportamiento del cemento en el hormigón influye considerablemente el curado del mismo, es decir, las condiciones de temperatura y humedad ambientales, así como el viento, a los que se ve sometido durante el período inmediato a su fraguado y en su primera etapa de endurecimiento. Esta influencia depende de las características físicas y químicas del cemento, de ahí que existan reglas, métodos y productos para proporcionar al hormigón condiciones adecuadas de curado, de forma que pueda desarrollar debidamente sus propiedades. En cuanto a la humedad se refiere, los cementos, como conglomerantes hidráulicos que son, necesitan agua para su hidratación, la cual se les suministra como agua de amasado. Esta es más que suficiente, pero sus pérdidas por evaporación pueden hacer que llegue a no serlo, en cuyo caso la hidratación puede concluir prematuramente en sus primeros períodos, quedando sin terminar. Esta pérdida temprana de agua puede dar lugar a la retracción plástica, así como la pérdida posterior de agua en el hormigón fraguado y endurecido puede dar lugar a la retracción hidráulica o de secado, y en ambos casos a las correspondientes fisuraciones y agrietamiento del material. Por lo que se refiere a la temperatura, el aumento de ésta incrementa la velocidad de las reacciones de hidratación como, en general, la de toda reacción química, de forma que, grosso modo, dicha velocidad se duplica cada vez que la temperatura aumenta en 10 0C, y se reduce a la mitad cada vez que disminuye en la misma medida. Por debajo de, aproximadamente, 5 0C la hidratación es muy lenta. De aquí que haya que interrumpir el hormigonado cuando la temperatura exterior, actual o previsible, sea suficientemente baja. A temperaturas normales bajas se producen resistencias finales más altas, pero la velocidad con la que éstas se desarrollan es muy lenta. Por el contrario, a temperaturas más altas, por encima de 35 0C, el fraguado y el endurecimiento se aceleran, si bien las resistencias finales que se alcanzan son más bajas. No obstante, a veces interesa esta aceleración, sobre todo en la obtención industrial de prefabricados de hormigón. Ello se consigue mediante una combinación de acciones de la temperatura y de la humedad, en tratamientos hidrotérmicos e higrotérmicos, bien con vapor libre, o a presión en autoclaves, o por otros sistemas de calentamiento del hormigón y/o de sus materiales. En lo que respecta a las características del cemento que más influyen en el desarrollo de las resistencias del hormigón, éstas son la composición química y la finura. En general, cuanto mayor es la finura del cemento mayor es su velocidad de hidratación y de desarrollo de su resistencia a corto plazo -a igualdad de lo demás-. La hidratación del cemento es exotérmica, de forma que a mayor velocidad de hidratación corresponde también mayor velocidad de desprendimiento de calor y mayor facilidad de acumulación de éste en la masa del hormigón, con la consiguiente elevación de la temperatura del mismo, si el calor engendrado no se disipa a un ritmo adecuado. Este es más lento en piezas o elementos de hormigón más masivos, de mayores espesores o de menor relación superficie a masa o volumen. Si en estas piezas, elementos o estructuras se establece un fuerte gradiente de temperatura entre su superficie y el interior de su masa, por causa de un considerable choque térmico con el ambiente, se puede producir una fisuración superficial, más o menos profunda, por retracción térmica.

Por otra parte, si el enfriamiento del hormigón es lento y gradual y también lo es su retracción, pero ésta tiene lugar en condiciones tales que el hormigón está impedido o limitado en sus movimientos de acoplamiento, se pueden producir fuertes tensiones de tracción en su masa, las cuales, al vencer su resistencia, causan asimismo su fisuración. La desecación intensa y rápida del hormigón por causas externas, unida a la elevación de temperatura en la masa de hormigón por motivo de la acumulación del calor de hidratación, pueden dar origen a una retracción plástica aún más fuerte. En cuanto a los factores a tener en cuenta en la elección de un cemento para un fin determinado cuentan, en primer lugar, los efectos del mismo en las prestaciones del hormigón, y sólo en segundo término la composición química. Las prestaciones del hormigón se refieren fundamentalmente a su resistencia mecánica, a su estabilidad de volumen y a su durabilidad o resistencia química. Para las dos primeras existen métodos de ensayo relativamente rápidos y fiables; para determinar la durabilidad, sobre todo a largo plazo, los ensayos requieren mucho tiempo y la reproducción en ellos de los factores ambientales específicos de cada caso supone una gran dificultad. Por ello se recurre a la caracterización del cemento y a la predicción de su comportamiento potencial a largo plazo, habida cuenta de su composición y del cuerpo de doctrina que liga a ésta con dicho comportamiento. Este cuerpo de doctrina que permite seleccionar un cemento para conseguir propiedades específicas, o para cumplir exigencias especiales de servicio, incluye el conocimiento de la influencia de los cementos en las propiedades particulares del hormigón, como son, entre otras, la trabajabilidad -en el hormigón fresco- y la resistencia mecánica, la fisuración térmica, la estabilidad de volumen, las propiedades elásticas, la fluencia, la permeabilidad, la resistencia al hielo-deshielo, la resistencia a altas temperaturas, la resistencia a los ataques químicos, las reacciones entre cementos y áridos y la corrosión de armaduras -en el hormigón endurecido-. Con independencia del tratamiento específico de estos aspectos en lo que sigue, se señalan a continuación algunas recomendaciones de carácter muy general. A.- Cuanto más baja sea la categoría resistente del cemento empleado, o menor la dosificación, o la temperatura ambiente de la obra (hormigonado en tiempo o clima frío) mayores han de ser las precauciones adoptadas en el curado y en la protección del hormigón y el tiempo que han de mantenerse las mismas. Además más largos han de ser también los plazos de descimbrado, desencofrado y desenmoldado de piezas y elementos. B.- Cuanto más alta sea la categoría resistente del cemento, mayor es su sensibilidad a la meteorización (aireación, humectación, carbonatación, etc.), con mayor facilidad de pérdida de propiedades y, por consiguiente, más y mayores han de ser las precauciones que hay que adoptar en su almacenamiento y manipulación, y más cortos los plazos admisibles para el primero. C.- El curado y protección del hormigón fresco han de ser tales que se evite, por una parte, el desarrollo excesivamente lento de las resistencias en tiempo o clima frío, y por otra, que se impida también la desecación en tiempo o clima cálido y seco, particularmente con viento asimismo seco y cálido. Esto es especialmente aplicable a elementos y obras de hormigón de gran superficie y pequeño espesor (forjados, soleras, pavimentaciones, etc.), a fin de evitar al máximo la fisuración por retracción plástica -véase más adelante-. También es específicamente aplicable a determinados tipos de cementos como los de contenido elevado de escorias de horno alto y los de aluminato de calcio, muy sensibles a la falta de humedad y a la desecación por un curado defectuoso, sobre todo en circunstancias que lo exijan muy cuidado. D.- Cuando el hormigón haya de estar en contacto con agua de mar (que contiene sulfatos y cloruros de calcio, magnesio y alcalinos), o con sulfatos del terreno y aguas del mismo (de calcio y/o magnesio), los cementos utilizables, sean cualesquiera, habrán de ostentar la característica adicional de ser resistentes al agua de mar -MR- o a los sulfatos -SR-, respectivamente, según la Norma UNE 80303:1996, con independencia de toda otra consideración. A efectos de los grados de agresividad de los suelos y de las aguas, en función de la concentración de sulfatos en unos y otras, téngase en cuenta la tabla 1.2.1.1. Se deberán utilizar cementos MR cuando las condiciones sean tales que correspondan a las del ataque de tipo débil; y cemento SR cuando dichas condiciones respondan a las de los ataques de tipo medio y fuerte, según dicha tabla.

Tabla 1.2.1.1.- Grados de agresividad de suelos y aguas.

Esto ha de observarse con todo rigor, pues no tendría sentido que, existiendo una norma UNE específica para cementos SR y MR (UNE 80303:1996), se ignorase la existencia de los mismos a la hora de elegir por necesidad cementos respectivamente resistentes a sulfatos y/o al agua de mar. Si hubiera argumentos válidos para ello es evidente que dicha norma sobraría, criterio que no ha sido nunca el de las normalizaciones nacionales de cemento de la gran mayoría de los países del mundo en todos los tiempos, ni lo es tampoco en el presente el de la normalización europea CEN. E.- Los áridos del hormigón han de cumplir estrictamente las especificaciones establecidas para los mismos, en particular las relativas a su contenido de limos y arcillas, especialmente en el caso de utilizar determinados tipos de cemento, como los de horno alto y los de aluminato de calcio. Lo correspondiente cabe decir de las aguas de amasado, de las armaduras y, en su caso, de los aditivos. Todo esto viene a indicar que la elección del cemento más idóneo para cada tipo de obra es un factor importante para la resistencia, estabilidad y durabilidad del hormigón, pero no el único ni el más decisivo, si no va acompañado de una adecuada elección del resto de los materiales del hormigón, y del bien hacer en lo que se refiere al proyecto y ejecución del mismo. 1.2.2.- Trabajabilidad y puesta en obra. La influencia del cemento en ambas puede ser favorable o desfavorable, y depende de diversos factores que se analizan en lo que sigue. 1.2.2.1.-Cantidad de cemento. El cemento es el componente más activo y en general el de mayor finura en el hormigón, y su cantidad en éste influye mucho en la plasticidad y facilidad de puesta en obra del material. Las mezclas pobres en cemento son ásperas y poco trabajables, y difíciles de puesta en obra y acabado superficial. Las mezclas ricas tienen más cuerpo y son más cohesivas, fluidas y trabajables. Las muy ricas son excesivamente cohesivas, viscosas y adherentes, y más difíciles deponer en obra. Cada masa de hormigón, según su cálculo y dosificación para la finalidad que con él se persigue, debe tener la cantidad adecuada de cemento y nunca menos del debido. En resumen, la dosificación de cemento se hará siempre en peso, evitando las demasiado bajas y las innecesariamente altas, habiendo que tomar las debidas precauciones de curado cuando hayan de ser altas, según el tipo y categoría del cemento, la clase de obra y las condiciones ambientales. La cantidad de pasta cementante en el hormigón ha de ser en todo caso la precisa para garantizar la resistencia, la compacidad y la impermeabilidad del mismo y, en definitiva su durabilidad. Además la naturaleza de dicha pasta ha de ser tal que dificulte la difusión de iones en el hormigón, agresivos tanto para éste como para sus armaduras.

Es indispensable tener también en cuenta que, ni el empleo de cementos de superior categoría, ni el de aditivos superfluidificantes como reductores de agua (véase 3.2.2), deben implicar, en ningún caso, una escasez o merma de pasta cementante que pueda afectar negativamente a la resistencia mecánica y/o química -durabilidad- del hormigón. 1.2.2.2.- Finura del cemento. La influencia de la finura del cemento en la trabajabilidad, en la facilidad de la puesta en obra y en la exigencia de agua en el hormigón es muy semejante a la ejercida por la cantidad de cemento en el mismo, aunque proporcionalmente bastante menor. Ambas están estrechamente relacionadas. Las mezclas pobres, poco coherentes, tienden a exudar y a segregarse excesivamente. Estas tendencias se agravan con el empleo de cementos de molienda gruesa y, por el contrario, al aumentar la cantidad y/o la finura del cemento las mezclas se hacen más coherentes, al mismo tiempo que se puede disminuir la cantidad de agua para conseguir un asentamiento dado y se reduce la tendencia a la exudación y a la segregación. Para algunos contenidos intermedios de cemento el aumento de los mismos puede hacer la mezcla más viscosa y difícil de trabajar y poner en obra, y exigir más agua para mantener el valor del asentamiento. La cantidad de cemento para la cual la exigencia de agua es mínima y la trabajabilidad óptima disminuye cuando la finura del cemento aumenta. En conexión con lo anterior, la relación agua/cemento del hormigón ha de ser siempre la menor posible, compatible con la trabajabilidad del material fresco y con su compactación, particularmente en el caso de dosificaciones de cemento bajas y con cementos de mediana o baja categoría resistente. El empleo de aditivos adecuados puede ser aconsejable a fin de reducir la relación agua/cemento para igual o mejor trabajabilidad. Un vibrado inadecuado, escaso o excesivo, puede dar lugar a segregaciones, exudaciones, sedimentaciones y a defectos de compacidad. Otros factores que pueden afectar a la plasticidad, trabajabilidad y exigencia de agua del hormigón son el aire ocluído y los materiales finos arcillosos aportables por algunos áridos no lavados. 1.2.2.3.- Características de fraguado del cemento. El fraguado y rigidización del hormigón corresponde a los del cemento, de tal manera que una tendencia de la pasta cementante a adquirir rigidez prematura implica una pérdida del valor del asentamiento de aquél, con la correspondiente influencia negativa en su trabajabilidad, puesta en obra y consolidación. Las características de un fraguado normal determinan el tiempo disponible para las dos últimas y para el acabado superficial. en su caso. Las mezclas ricas en cemento suelen fraguar algo antes que las pobres, a igualdad o semejanza de lo demás. La temperatura del hormigón afecta a su velocidad de endurecimiento, pero la del cemento influye poco en la del hormigón dada la baja proporción de aquél en éste y, por lo tanto, en dicha velocidad. La rigidización prematura del hormigón puede tener lugar por un falso fraguado del cemento, ocasionando una pérdida repentina de asentamiento a poco de comenzado el amasado, si el falso fraguado es ligero o moderado, y una pérdida total del mismo a los 5 ó 10 minutos, si es fuerte. El falso fraguado del cemento corresponde al fraguado del yeso hemihidrato que contiene, el cual se produce a veces por deshidratación parcial del yeso dihidrato añadido como regulador del fraguado, en el molino de clinker, cuando la temperatura en éste se eleva demasiado. La pérdida súbita de asentamiento por falso fraguado se recupera por prolongación del amasado hasta romper la rigidez; no así la pérdida gradual -más o menos proporcional al tiempocausada por un fraguado normal. Un incremento del tiempo de amasado suele atenuar con frecuencia el falso fraguado y los correspondientes problemas de pérdida de asentamiento y trabajabilidad. En ello influye también, de una u otra forma, la acción de determinados aditivos para hormigón, como por ejemplo los superplastificantes reductores de agua. Pero nunca se debe tratar de corregir el falso fraguado mediante adición de agua suplementaria al hormigón. 1.2.3.- Resistencia mecánica. Se ha tratado durante los últimos 60 años de estudiar la posibilidad de predecir la resistencia a compresión de los cementos portland -sin adiciones-, a partir de su composición mineralógica potencial, o de su composición oxídica, y de algunas propiedades físicas, tal como la finura de molido.

1.2.3.1.- Composición potencial del cemento. Los silicatos de calcio C3S y C2S, y el aluminato tricálcico C3A son los principales aportadores de resistencias mecánicas a los cementos. Sus proporciones en el clinker se pueden variar en los procesos de fabricación y de clinkerización, a fin de obtener unas determinadas características de resistencia, tanto a corto como a largo plazo. El C3S proporciona resistencias entre 10-24 horas y 28 días. El C2S contribuye poco a las resistencias a 1-2 días, notablemente a las de 28 días, y mucho más en adelante. Un aumento del C2S en detrimento del C3S, en general, reduce las resistencias a 28 días e incrementa las de 45-60 días, hasta 5 años y más. La contribución del C2S a las resistencias a largo plazo depende de la disponibilidad de humedad, y así, en secciones delgadas de hormigón -pavimentos y forjados de pisos-, propicias a la desecación a corto plazo, con caída de la humedad relativa interna por debajo del 80 %, la hidratación cesa y se pierde la aportación del C2S a la resistencia a plazo más largo; lo contrario sucede con secciones de hormigón gruesas -de más de 20 cm, y sobre todo de más de 60 cm-, las cuales retienen la humedad durante mucho más tiempo. Todo ello depende, naturalmente, de las condiciones de la desecación ambiental. De aquí la importancia del curado húmedo y prolongado en estructuras de hormigón de poca sección y mucha superficie, sobre todo si están muy expuestas a ambientes e intemperies poco favorables para un curado idóneo. El C3A contribuye principalmente a las resistencias hasta las primeras 24 horas. El mayor calor engendrado en su hidratación acelera la hidratación de los dos silicatos. El C4AF contribuye muy escasamente a las resistencias a cualquier plazo. La razón de ser de su formación en el clinker es la necesidad de la presencia de compuestos de hierro en crudos de cemento para formar, en cantidad suficiente, la fase líquida necesaria para la cocción del mismo y para la formación, a través de ella, de los silicatos de calcio, principales generadores de las resistencias mecánicas. En este aspecto -y en algún otro- el C4AF es, pues, imprescindible. En cuanto a los componentes minoritarios del clinker y del cemento, también algunos de ellos afectan a las resistencias. Por ejemplo, el yeso. Se dosifica en cantidad óptima -en función de los contenidos de álcalis y de C3A del clinker, y de la finura del cemento- para obtener la máximas resistencias y la mínima retracción de las pastas, en condiciones normales de curado y uso del cemento. La pérdida al fuego -por calcinación- del cemento, debida al agua y/o al díoxido de carbono atmosféricos (ambientales) fijados por éste -abstracción hecha del CO2 y H2O de otros componentes principales y/o secundarios que, aparte del clinker y del yeso, el cemento pudiera tener-, tiende a disminuir las resistencias. La presencia de agua

 cm 2    g 

combinada o fijada por el cemento da lugar a valores falsamente más altos de la superficie específica Blaine  del mismo.

Los compuestos de sodio y potasio del clinker ejercen efectos distintos sobre las resistencias. Los primeros no afectan a las tempranas y tienden a reducir algo las de un mes en adelante. Los segundos aumentan algo las de los primeros días y apenas afectan a las posteriores. En cualquier caso los efectos dependen de la forma en que, predominantemente,se encuentren los álcalis combinados en el clinker; pueden estarlo como sulfatos alcalinos y/o con los silicatos y los aluminatos: el potasio con el C2S formando KC23S12 y el sodio con el C3A formando el NC8A3. El óxido de magnesio MgO (M), inevitable por encontrarse en las materias primas, ejerce una acción muy escasa sobre las resistencias, en las proporciones en las que normalmente se encuentra en el clinker y en el cemento. En el clinker se puede encontrar como óxido libre o formando disoluciones sólidas con algunos otros componentes y en particular en el C3S; como óxido libre puede estar cristalizado en forma de periclasa -como consecuencia de un enfriamiento no suficientemente rápido del clinker-, en cuyo caso puede causar expansión diferida, por hidratación a largo plazo, y formación de brucita (hidróxido de magnesio -Mg(OH)2 o MH-) que cristaliza con efectos bastante demoledores. En la figura 1.2.3.1.1 puede verse la influencia de la composición potencial del cemento sobre la resistencia mecanica a compresión.

Figura 1.2.3.1.1.- Influencia de la composición potencial del cemento sobre la resistencia mecanica a compresión. 1.2.3.2.- Finura de molido. Las finuras elevadas de los cementos, y sobre todo las de los de endurecimiento rápido y altas resistencias iniciales, aumentan las resistencias a edades cortas, hasta 28 días. El efecto es más notable entre 10 y 20 horas y disminuye a partir de ahí, con el tiempo. A edades de dos o tres meses y en curado húmedo los cementos de gran finura -superficie específica Blaine - ( unos 5000

cm 2 cm 2 ) dan, a igualdad de lo demás, resistencias casi iguales a los de finura normal (unos 3500 ). Pero a g g

edades mayores las resistencias de éstos, en las mismas condiciones de curado, son mayores que las de los cementos más finos. Los granos más finos de cemento se hidratan más rápidamente, dado que su relación de superficie a volumen o masa es grande, y en todo caso mayor que la correspondiente a los granos más gruesos y dado, también, que la velocidad de reacción del cemento con el agua es función directa del contacto entre ambos reactantes. Por lo tanto, la contribución de los granos más pequeños del cemento al desarrollo de la resistencia es muy rápida, por lo cual, los cementos más finos dan resistencias más altas a corto plazo. Pero esa contribución dura poco, pues cesa cuando todos los granos finos se han hidratado por completo. Y por eso, también, los granos superfinos, de tamaño inferior a 2 - 5  rn son prácticamente inoperantes a efectos de resistencia: se hidratan rapidísimamente sin trabar apenas entre sí, y a partir de ahí se comportan como inertes. En cambio, los cementos de finura normal, y más aún los más gruesos, por las razones contrarias se hidratan más lentamente, contribuyendo en menor medida a las resistencias a corto plazo, ya que la difusión del agua desde el exterior del grano hacia su interior, a través de la masa de productos hidratados que se van formando en las capas externas de los granos es un fenómeno lento, como todos los de difusión en general. Lento, pero continuo, aunque con velocidad retardada y, comoquiera que en los granos gruesos queda masa anhidra sin hidratar a corta edad, su hidratación se prolonga en el tiempo, con lo cual contribuyen más al desarrollo de la resistencia a plazos mucho más largos. A condición, claro está, de que haya agua disponible para esta hidratación diferida.

Por lo tanto, a igualdad de todas las demás condiciones, un cemento con un grado de finura -superficie específicaelevado, dará resistencias más altas a edades tempranas, mientras que el mismo cemento con un grado de finura bajo las dará más altas a plazos largos. Es decir, que las curvas de hidratación y desarrollo de resistencia de ambos cementos se cruzarán en un determinado punto, en el tiempo. Por análogas razones las partículas de cemento excesivamente finas se hidratan con tal rapidez -se podría decir que “se disuelven’-, que contribuyen muy poco a formar la estructura resistente de los conglomerados y a la trabazón de la pasta, y de ésta con los áridos. Su rapidísima hidratación las convierte en “inertes” a efectos de trabazón, como ya queda señalado. A igualdad de contenido de cemento las finuras muy elevadas pueden aumentar la exigencia de agua del hormigón para consistencias dadas, de forma que lo que se gana en resistencia por la mayor finura, se contrarresta parcialmente por la mayor relación

Agua necesaria para la adecuada trabajabilidad y puesta en obra. Las diferencias de Cemento

comportamiento resistente de cementos de composición y finura semejante son atribuibles a condiciones distintas de cocción del clinker en el horno y a la granulometría o distribución de panículas por tamaños en el cemento. Comparados a relación

Agua constante y a finura similar, las resistencias de los cementos sin adiciones son Cemento

mayores a 7 días o menos, y menores a 28 días o más, que las de los cementos con adiciones. Generalmente éstos se muelen a mayor finura para reducir estas diferencias a cortas edades. Y dependiendo, como es lógico de la proporción en que intervengan las adiciones en los cementos. En la figura 1.2.3.2.1 puede verse la influencia de la finura del cemento sobre la resistencia mecanica a compresión.

Figura 1.2.3.2.1.- Influencia de la finura del cemento sobre la resistencia mecanica a compresión. 1.2.4.- Estabilidad de volumen. Retracción plástica, térmica e hidráulica y fisuración. En la hidratación exotérmica del cemento se desprende un calor, cuya cantidad total y cuya velocidad de liberación dependen de la composición y finura del material. La velocidad de desprendimiento de calor sigue un curso paralelo al del desarrollo de las resistencias. En general, el calor liberado se disipa pronto y no causa elevaciones notables de temperatura en el hormigón, salvo en el caso de grandes contrafuertes, cimentaciones masivas y presas, en los cuales hay que tomar precauciones, pues de no hacerlo así la expansión térmica puede ser tan grande que después dé lugar a flsuración, bien por enfriamientos y contracciones diferenciales entre las masas superficiales e internas del hormigón, o bien por el enfriamiento global de su masa, el cual tiene lugar en condiciones restrictivas de confinamiento del material. La velocidad de hidratación de las fases o componentes principales del clinker es diferente, así como las cantidades de calor que desprenden por unidad de masa hidratada. Estas cantidades son las que se indican en la tabla 1.2.4.1.

Tabla 1.2.4.1.- Calores totales de hidratación de los componentes puros del clinker de cemento portland.

En general, el C3A cede la mayor parte de su calor de hidratación durante las primeras 24 horas; el C3S durante la primera semana, el C2S y el C4AF durante mucho más tiempo. Se observa que la cantidad total de calor desprendido y la velocidad de desprendimiento de la misma corren parejas en los distintos componentes del clinker. Los valores de la tabla 1.2.4.1 no se pueden utilizar para determinar por cálculo el calor de hidratación de los cementos comerciales, por las razones siguientes: (a).- Los compuestos del clinker al no ser puros, al poder encontrarse en distintas formas cristalinas y al estar juntos con otros componentes y con yeso en el cemento, se hidratan y ceden su calor a velocidades muy distintas de las de los compuestos puros cuando éstos se hidratan aisladamente - tabla 1.2.4.1 -, por lo cual, al no conocerse tales velocidades, tampoco se pueden conocer las contribuciones de cada compuesto a la hidratación y al desprendimiento de calor del cemento en un tiempo dado. (b).- La composición potencial calculada para el clinker difiere de la real, ya que las reacciones de clinkerización pueden no haberse completado en el horno, y el equilibrio químico previsto, base para el cálculo de dicha composición, puede no haberse alcanzado. La finura del cemento afecta a la velocidad del desprendimiento del calor de hidratación, sobre todo a plazos cortos. En las tablas 1.2.4.2 y 1.2.4.3 se dan, respectivamente, los calores de hidratación, a diferentes edades, de los distintos tipos de cementos, antiguos - tabla 1.2.4.2 - y modernos - tabla 1.2.4.3 -. En los valores máximos y mínimos intervienen, tanto la composición potencial del clinker como la finura del cemento, y el hecho de que éste contenga o no adiciones en una u otra proporción. Tabla 1.2.4.2.- Calores de hidratación de cementos antiguos (cal/g).

Tabla 1.2.4.3.- Calores de hidratación de cementos modernos (cal/g).

Es de apreciar que entre los cementos antiguos y modernos existen diferencias en los calores de hidratación tales que, comparados los comparables de las tablas 1.2.4.2 y 1.2.4.3, estas diferencias -entre valores máximos, mínimos y medios a 7 días y a 28 días- son, en promedio, del orden de 15 cal/g. Esto significa una evolución evidente en la fabricación de los cementos españoles -como de otros países-, en el sentido de que los actuales son de calidad

resistente bastante superior a la de los del pasado, por su mayor proporción de los componentes que más contribuyen, tanto a las resistencias mecánicas como al desarrollo de mayores calores de hidratación -C3S y C3A-. Se suele admitir que los cementos con adiciones tienen calores de hidratación más bajos que los que no las contienen, pero, dependiendo de la naturaleza y proporción de los componentes de los primeros, estos pueden tener, bien sea, en efecto, calores mas bajos, o bien calores aproximadamente del mismo orden que los de los segundos. Los efectos del calor de hidratación en las estructuras de hormigón dependen de la masa, geometría y edad de las mismas y. a tales efectos, los calores de hidratación más significativos son, en general, los desarrollados a la edad de 7 días. Los cambios de volumen del hormigón con la temperatura dependen de su coeficiente térmico de dilatación lineal, el cual suele oscilar entre 6 y 12 millonésimas por grado centígrado. El valor de dicho coeficiente, para un hormigón determinado, es la media ponderal de los correspondientes a la pasta de cemento y al árido. Los de la pasta varían con su contenido de humedad, pero parecen depender muy poco del tipo, clase y otras características del cemento. El hormigón experimenta cambios de volumen, tanto durante el fraguado y primeras etapas del endurecimiento como una vez fraguado y endurecido. Los cambios de volumen del hormigón fresco se deben a causas diversas, como la exudación, la desecación, los cambios de temperatura y las propias reacciones de hidratación del cemento. La exudación es la segregación de agua en la superficie del hormigón, como consecuencia del asentamiento de los materiales sólidos. La cantidad de agua exudada depende en gran medida del asentamiento -plasticidad, trabajabilidad- de la relación

Agua , de la cantidad y granulometría de los finos del árido, y de variables Cemento

concernientes a la dosificación del hormigón. Tienden a reducir la exudación el aumento de la finura del cemento, y más especialmente la creciente proporción de sus partículas más finas, y el contenido de C3A y de álcalis en el clinker. La desecación de la superficie del hormigón producida por evaporación de agua después de la puesta en obra pero antes del final del fraguado del material, es la causa principal de la fisuración del mismo por retracción plástica. La velocidad de evaporación y desecación depende de la temperatura ambiente, de la humedad relativa del aire y de la velocidad del viento. No es fácil establecer relaciones entre los constituyentes del hormigón (cemento, áridos y adiciones) o sus proporciones y la retracción plástica. La retracción hidráulica o de secado que se da en el hormigón fraguado por pérdida de su agua intersticial, depende de muy numerosos y diversos factores tales como la cantidad, granulometría y tipo de árido, la cantidad de agua de amasado, la presencia y naturaleza de adiciones y aditivos y la dosificación, particularmente la de cemento, así como la naturaleza de éste. La dosificación de cemento en el hormigón, la categoría resistente del cemento, la relación

Agua y las Cemento

condiciones ambientales (temperatura y humedad relativa) y de curado, así como el tipo de elemento estructural, estructura u obra, influyen aislada y conjuntamente en la retracción y, por lo tanto, en la fisuración correspondiente. Y tanto más cuanto más desfavorables y defectuosas sean, respectivamente, las condiciones ambientales y las de curado, y cuanto mayor relación

Superficie o masa y menor espesor presenten los elementos o estructuras de hormigón de Volumen

que se trate en cada caso. En el caso de las presas y de los macizos de hormigón de gran volumen es preciso evitar la retracción por variaciones de temperatura -choques térmicos bruscos- y la consiguiente fisuración, no sólo utilizando cementos de bajo calor de hidratación, sino también adoptando las precauciones adicionales necesarias para evitar grandes subidas de temperatura de las masas de hormigón, mediante enfriamiento previo de algunos componentes del mismo (agua, áridos) -hormigonado con hielo- y posterior del propio hormigón ya puesto en obra, mediante refrigeración. Es de advertir que la fisuración del hormigón no depende sólo de su retracción, en razón directa, sino que depende también de su deformabilidad -módulo de elasticidad- y de su resistencia a la tracción, en razón inversa en ambos casos.

Dado que la pasta cementante es, potencialmente, el componente más retractivo del hormigón, el árido actúa como freno a la retracción. No obstante, ésta puede ser grande cuando el árido tiene un módulo de elasticidad bajo, o si contiene de por sí materiales susceptibles de cambiar de volumen en función de su contenido de humedad. La influencia del cemento en la retracción hidráulica es grande, pero se reduce al mínimo si éste contiene un óptimo de yeso. Este óptimo aumenta con los contenidos de álcalis y C3A de los clinkeres y con la finura del cemento, así como con la temperatura del hormigón, y puede aumentar aún más con el empleo de cienos aditivos reductores de agua. Por otra parte, un porcentaje de S03 que se sitúe 0.5% por debajo del óptimo puede aumentar la retracción hidráulica entre un 10 y un 25 %. Las formas en que se encuentra el SO3 en el cemento también influyen, pues el SO3 de los sulfatos alcalinos (sódico, potásico y doble: sódico-potásico) del clinker no actúan igual que el del yeso u otras formas de sulfato de calcio añadido para regular el fraguado. Los distintos tipos de cemento no difieran mucho en cuanto a retracción hidráulica, si bien, en general, la de los que contienen adiciones suele ser menor que la de los que no las contienen. Esta retracción suele oscilar entre el 25% menos y el 50% más que la mediana de valores. 1.2.5.- Propiedades elásticas. El módulo de elasticidad del hormigón es función de los módulos de elasticidad de la pasta de cemento y de los áridos, y del volumen que los áridos ocupan en el hormigón. Así, a igualdad de lo demás, el hormigón es tanto más rígido -de módulo de elasticidad tanto más alto- cuanto más alto es el módulo de elasticidad del árido; y si la pasta es más rígida que el árido, el módulo de elasticidad del hormigón es tanto más elevado cuanto mayor es en él el volumen ocupado por la pasta. Pero como, en general no sucede así, ya que el módulo de elasticidad de la pasta suele ser inferior al de la mayoría de los áridos de peso y densidad normales, el módulo de elasticidad del hormigón es tanto menor cuanto mayor es él el volumen ocupado por la pasta. Por lo tanto, como el volumen del árido en el hormigón es de 3 a 4 veces mayor que el de la pasta, el árido es, en general el principal determinante del módulo de elasticidad del hormigón. La pasta cementante tiene un módulo de elasticidad que varía muy poco con la composición del cemento, siendo sólo dependiente -en razón directa- de su compacidad, es decir, del grado de llenado del espacio disponible para los productos de hidratación. Por eso, a mayor compacidad de la pasta -y esta compacidad aumenta a medida que aumenta el grado de hidratación y disminuye la relación agua/cemento- corresponde mayor módulo de elasticidad del hormigón. 1.2.6.- Fluencia. La pasta de cemento es la responsable de la fluencia, esto es, de la deformación por cambios de volumen que el hormigón experimenta con el tiempo al estar sometido a una carga constante. A efectos prácticos el árido se comporta como un material perfectamente elástico y no es susceptible de fluencia; no obstante lo cual, su rigidez es un parámetro determinante de ella, ya que a mayor rigidez del árido corresponde menor fluencia del hormigón. En cuanto a la pasta cementante, su propiedad más influyente en la fluencia es la porosidad: a menor porosidad, menor fluencia. Con respecto a la relación

Agua la fluencia específica (fluencia por unidad de carga o tensión) es Cemento

tanto mayor cuanto mayor es dicha relación, lo cual está de acuerdo con el efecto de la porosidad. Por lo que se refiere al cemento en sí, no hay relación directa entre la composición de los cementos sin adiciones y la fluencia, a no ser la de que los cementos que contienen yeso muy por debajo del óptimo dan pastas de fluencia mayor. Pero hay un efecto secundario de la composición del cemento en a fluencia, ya que ésta se produce sólo durante un lapso de tiempo, y que la velocidad con que lo hace es función directa de la relación

Tension a cada tiempo o edad del hormigón. Re sistencia

Por eso el aumento de resistencia -y la velocidad con la que este aumento se produce- durante el período de observación de la fluencia afecta al valor de ésta, y ello es atribuible a la composición del cemento. Por ejemplo: si

hormigones con distintos tipos de cemento -a igualdad o semejanza de lo demás- se cargan a una misma relación

Tension a una edad temprana, un hormigón con un cemento de bajo contenido de C3S (rico en C2S) y de Re sistencia contenido medio-bajo de C3A (medio-alto de C4AF) -es decir, de endurecimiento lento, bajas resistencias a edades cortas y bajo calor de hidratación desprendido lentamente-, presentará una fluencia mayor, ya que en tales condiciones

Tension será grande; lo contrario sucederá con un cemento de características opuestas, Re sistencia Tension pues en el período de observación de la fluencia la relación será mucho menor. Re sistencia -corto plazo- la relación

Cementos intermedios presentarán comportamientos también intermedios. Pero si esos mismos hormigones se cargan a una misma relación

Tension , esta vez a una edad tardía, los resultados serán los inversos, ya que en esta Re sistencia

situación opuesta, durante el período de observación de la fluencia el cemento de endurecimiento rápido experimenta un incremento de resistencia menor -el de endurecimiento lento lo experimenta mayor-, las relaciones

Tension se Re sistencia

invierten y las correspondientes fluencias observadas, también. Dado que la fluencia y el módulo de elasticidad están en relación con la porosidad, -la primera directamente; el segundo inversamente- ambos están también relacionados entre sí, de forma que la fluencia específica crece a medida que el módulo de elasticidad disminuye. En el caso de los cementos con adiciones la fluencia depende mucho de la proporción de las mismas y de la edad de carga de la pasta. Así, para una relación

Agua dada, las pastas de cemento con adiciones presentan una mayor fluencia cargadas a Cemento

edades cortas -menos de 10 días- que las de los cementos sin adiciones, dada la menor cantidad de productos hidratados en las de los primeros, como consecuencia de la más lenta hidratación de éstos. Pero, en cambio, cargadas a edades más prolongadas -más de 30 días- las pastas de ambos tipos de cemento, con y sin adiciones, presentan fluencias prácticamente idénticas, ya que el contenido de productos hidratados -y las respectivas porosidades- se igualan en ellas. 1.2.7.- Permeabilidad. La permeabilidad de una pasta depende directamente de su relación para una relación

Agua , para una finura de cemento dada y Cemento

Agua dada la permeabilidad de la pasta depende inversamente de la finura del cemento. Cemento

La composición del cemento influye en la porosidad yen la permeabilidad de la pasta sólo en la medida en que lo hace en la velocidad de hidratación -cantidad de hidratos formados en un tiempo dado-, pero no influye en la porosidad y permeabilidad finales de la pasta. La porosidad de la pasta de cemento es de dos clases: porosidad capilar y porosidad de gel. Los poros capilares son de diámetro mayor (del orden de 1 mm), irregularmente repartidos, y corresponden a huecos llenos anteriormente de agua, los cuales ocupan un volumen de 0 a 40%, dependiendo de la relación

Agua original y del grado de Cemento

hidratación. Los poros de gel son de mucho menor diámetro (entre 1.5 y 3 nm) y corresponden a los espacios intersticiales entre las partículas del gel de la pasta. Al progresar el tiempo de curado, y con él la hidratación y el desarrollo de la resistencia, la porosidad y la permeabilidad disminuyen. También decrecen, en pastas con el mismo grado de hidratación, tanto más cuanto menor es su relación agua/cemento y cuanto mayor es la temperatura -constante- de curado.

La dependencia entre el coeficiente de permeabilidad y la porosidad capilar en pastas de cemento, por una parte, y entre dicho coeficiente y la relación

Agua , por otra, responde al mismo tipo de relación, que en ambos casos Cemento

viene representada por una curva del tipo de la mostrada en la figura 1.2.7.1. La permeabilidad del hormigón depende de la de la pasta de cemento, de la del árido y de las proporciones de ambos. También de la tecnología del hormigón: amasado, puesta en obra, compactación (sobre todo) y curado. Pero la permeabilidad del hormigón al agua y al vapor no depende sólo de la porosidad total, sino también del tamaño, distribución y continuidad e intercomunicación de los poros, tanto en la pasta como en el árido. El flujo de líquido -y más concretamente de agua- a través del hormigón es semejante al que tiene lugar a través de cualquier cuerpo poroso. Es evidente que las pastas de cemento -y por lo tanto los hormigones-, hechas con cementos que contienen adiciones (escorias de horno alto, puzolanas naturales o artificiales -cenizas volantes-), presentan permeabilidades menores que las de pastas -u hormigones- comparables, hechos con cementos sin adiciones. Ello depende también de la distinta naturaleza de las respectivas porosidades en ambos casos, e inversamente de la temperatura de curado. A efectos de la permeabilidad del hormigón -y de la pasta de cemento-a los fluidos, y de la penetración de éstos en el mismo, no sólo influye la porosidad total de los respectivos materiales, sino también y más su naturaleza, esto es, la distribución de poros por tamaños; es decir, si predomina la macroporosidad sobre la mesoporosidad y microporosidad, o a la inversa.

Figura 1.2.7.1.- Dependencia entre el coeficiente de permeabilidad y la porosidad capilar en pastas de cemento

Por tal razón las pastas de cementos que contienen las adiciones antes mencionadas son más impermeables e impenetrables, a pesar de que, en casos, su porosidad total sea mayor que la de pastas de cementos que no las contienen, ya que, sin embargo, son más microporosas y menos macroporosas. Influye también como queda señalado, la estructura porosa, a saber, el grado de intercomunicación de los poros. 1.2.8.- Corrosión de armaduras. Un hormigón adecuadamente dosificado, compactado y curado proporciona una buena protección a las armaduras frente a la corrosión, si el recubrimiento de éstas es idóneo en cuanto a adherencia, espesor e impermeabilidad.

Para que se produzca corrosión se precisa la presencia de humedad y oxígeno (agua y aire) en la superficie de la armadura, y que la alcalinidad que confiere a ésta un estado pasivo -pH de 12 a 13- descienda -a un pH de 10 ó 9, por lo menos, en presencia de cloruros-. El descenso del pH se puede producir por carbonatación del hormigón que recubre la armadura, o por lixiviación de los constituyentes alcalinos causantes y mantenedores del pH en valores del orden de 12.6 -en cualquier caso, por disminución de la “reserva alcalina” (hidróxido de calcio) de la pasta de cemento-. No obstante, cuando la calidad del hormigón y el espesor del recubrimiento de la armadura son los adecuados, la causa más frecuente de corrosión es, con mucho, atribuible a la presencia de cloruros; y más si se pueden formar pares de corrosión galvánica por disimilitudes o disimetrías o heterogeneidades entre armaduras, con formación de zonas anódicas y catódicas, con fuerte y rápida corrosión en las primeras. La corrosión del hierro y del acero en el hormigón es un fenómeno electroquímico que responde al diagrama de Pourbaix (Figura 1.2.8.1), el cual representa el equilibrio termodinámico en el sistema

Hierro a 250C, en función de Agua

los dos parámetros determinantes: el pH del hormigón establecido por la alcalinidad y mantenido por la reserva alcalina de la pasta de cemento -y que en el caso de pastas de cementos a base de clinker de cemento portland se sitúa entre 12 y 13, alrededor de 12.6-, y el potencial electroquímico del hierro en toda la gama de valores de pH.

Figura 1.2.8.1.- Diagrama de Pourbaix para el sistema

E Fe a 25 ºC. Equilibrio H H 2O pH

El diagrama se divide en cuatro zonas: una de pasivación, dos de corrosión -de carácter ácido (la mayor) y de carácter básico o alcalino (la menor)- y una de inmunidad. En la zona de corrosión el hierro, según el potencial electroquímico -y en medio ácido: pH menor de 7- se puede atacar y disolver en forma férrica (de catión trivalente: Fe 3+) a potenciales positivos altos, o en forma ferrosa (de

catión bivalente: Fe2+) a potenciales positivos o negativos bajos -y en medio ligera o medianamente básico: pH entre 7 y 9.5 aproximadamente; en medio fuertemente básico: pH entre 13 y 14 se ataca y forma hidróxido ferroso Fe (OH)2, a potenciales negativos algo más altos. En la zona de pasividad el hierro se recubre de una película protectora de óxido(s) -causante(s) de su estado pasivo-, pudiéndose formar óxidos de mayor grado de oxidación (óxido férrico: Fe2O3) a potenciales positivos altos y en un amplio margen de valores de pH, tanto ácidos como básicos y óxidos -o mezcla de óxidos- de menor grado de oxidación (óxido ferroso-férrico: Fe3O4 considerado como mezcla -suma- de óxido ferroso: FeO y óxido fénico Fe2O3) a potenciales positivos e incluso negativos bajos y para valores francamente básicos o muy poco ácidos. También se forman los correspondientes hidróxidos (ferroso Fe(OH) 2 y fénico Fe(OH)3. todos ellos con carácter estable. Por otra parte, en la zona de pasividad correspondiente a los potenciales negativos, se establece una franja difusa e inestable de potenciales de corrosión o no corrosión, según las circunstancias. La zona de inmunidad, a potenciales negativos más altos, se extiende a todos los valores del pH y corresponde al hierro puro en estado fundamental Fe0. En circunstancias normales el punto de equilibrio del hierro o el acero en el hormigón, tanto por el valor del pH ya indicado como por el correspondiente del potencial electroquímico del hierro, cae dentro de la zona de pasivación. Es decir, el metal se encuentra en estado pasivo o protegido. El diagrama indica que para valores de pH comprendidos entre aproximadamente 9 y 13 el hierro en contacto con agua -fase líquida en los poros de la pasta de cemento- no sufre corrosión pues, o bien el punto representativo del equilibrio cae dentro de la zona de inmunidad, lo que corresponde a una llamada “protección catódica’, o bien cae en la zona de pasivación, con el efecto protector ya señalado. Este efecto, que como también muestra el diagrama es entre amplios límites independiente del valor del potencial electroquímico, es producido por una película de óxido(s) continua y adherente, a la cual le corresponde alguno de los potenciales electroquímicos propios de la zona de pasivación. Por esta razón el punto representativo del hierro en el hormigón se sitúa, más o menos, en el campo señalado dentro de dicha zona. La corrosión del hierro o acero en el hormigón se produce cuando por alguna(s) causa(s) externa(s) tiene lugar un desplazamiento del punto representativo del equilibrio, de forma que dicho punto pase de la zona de pasivación a la de corrosión, o bien por un cambio del valor del potencial dentro de la zona de pasivación, de los de “no corrosión” a los de corrosión. Lo primero tiene lugar por una disminución del pH del hormigón, lo que a su vez sucede por lixiviación acuosa o ácida y/o carbonatación totales o parciales (locales) del hidróxido de calcio -portlandita- y consiguiente anulación local de la reserva alcalina de la pasta de cemento. Lo segundo ocurre por rotura total y generalizada o parcial y localizada de la película de óxido que recubre, pasiva y protege al metal. A su vez esto sucede cuando a las proximidades y contacto con la armadura acceden iones cloruro, bien estén presentes en el hormigón -por lo cual se limita el contenido de cloruros en todos los componentes del mismo-, o bien provengan del exterior (agua de mar, sales de deshielo) y penetren por difusión -por ello los cementos que dan pastas a través de las cuales la difusión de los cloruros es mucho más dificultosa y lenta, protegen más a las armaduras contra este tipo de corrosión-. La penetración de cloruros se ve favorecida por recubrimientos escasos y/o deficientes -porosos, permeables- de las armaduras. Al romperse localmente la película protectora de óxidos, pasivante del acero, queda éste al desnudo y sobre él se establece un nuevo potencial distinto al de la película protectora, con lo cual entre ésta y el metal al descubierto se crea un par galvánico en el cual el metal hace de ánodo y se ataca y corroe, mientras la película hace de cátodo y queda protegida. A medida que avanza la acción de los iones cloruro aumenta el área de la zona anódica respecto de la catódica y la corrosión progresa en extensión, tendiendo a generalizarse. Si no es así y ésta queda localizada, puede aumentar puntualmente en intensidad, siendo esta posibilidad más peligrosa, sobre todo en el caso del acero de los alambres pretensados -de menor diámetro-, dado que la corrosión bajo tensión es más rápida y demoledora, produciéndose roturas frágiles del acero, ya que el fenómeno produce fisuras intergranulares e incluso transgranulares en la estructura del mismo. Por su parte, la corrosión generalizada,

más extensa que localmente intensa, produce pérdidas de adherencia entre armaduras y hormigón, asimismo más nocivas en el caso del pretensado. Naturalmente que las acciones de lixiviación y/o carbonatación, por una parte, y las de penetración de cloruros hasta la armadura, por otra, pueden tener lugar simultáneamente (por ejemplo, sobre un hormigón armado de una estructura situada en ambiente marítimo, en una zona de carrera de mareas, con alternancias de inmersión y exposición a la atmósfera marítima, húmeda, salina y con CO2). En tal situación se suma también el ataque al propio hormigón por los sulfatos e iones magnesio del agua de mar.

De toda esta doctrina se deduce que, en consonancia con lo expuesto en lo que precede, la corrosión del hierro o del acero, tanto generalizada (extensa) como localizada (intensa y puntual -picaduras-), en contacto con medios acuosos disoluciones jónicas-, depende del potencial electroquímico del metal en dichos medios, del pH de los mismos y de la presencia o ausencia en ellos de oxígeno (aire) y de agentes despasivantes como los cloruros, que puedan actuar lesivamente sobre la película oxídica protectora del metal. Y que en el caso del hierro o acero en el hormigón el metal está normalmente en estado pasivo y protegido, en tanto que el pH usual del medio -la fase líquida acuosa intersticial de la pasta de cemento- se mantiene alto, sostenido por la reserva alcalina -portlandita: hidróxido de calcio-, y mientras no accedan cloruros al contacto con la armadura. La mejor protección de ésta en medios que contienen cloruros -agua de mar, sales de deshielo, ciertos desagües industriales,... - es impedir, dificultar o retrasar al máximo dicho acceso y contacto, a lo cual contribuye, entre otras medidas, la utilización de cementos cuyas pastas presentan mayor resistencia a la difusión iónica de los aniones cloruro, como son los cementos que contienen materiales puzolánicos y/o escorias de horno alto en proporciones superiores: los CEM IV; CEM III -en los subtipos B y A, por este orden; los CEM V/A y algunos otros con análogas características CEM IL/B, A con puzolanas y/o escorias, tal y como se señala más adelante al tratar de las aplicaciones específicas correspondientes a unos y otros, con todas sus consecuencias. No obstante, el tipo de cemento apenas tiene efectos diferenciales en cuanto al grado de protección del acero, con tal de que su pasta no pierda del todo -localmente o en la totalidad de la masa de pasta- la reserva alcalina que mantiene el pH alto. Se postula que cementos con contenido elevado de álcalis y/o de C3A protegen mejor al acero de la corrosión en presencia de cloruros. Esto, que por lo que se refiere al C3A pudiera ser cierto en el caso del ataque a las armaduras por cloruros de sales de deshielo, no lo es tanto cuando se trata de cloruros del agua de mar, los cuales van acompañados de sulfatos y de magnesio, que a su vez atacan al hormigón. Y también protegen mucho mejor el acero los cementos con puzolanas y/o escorias de horno alto, y tanto más cuanto mayor es la proporción de la adición, ya que en tales condiciones, y cuanto menor es la temperatura, menor es el coeficiente de difusión de los iones cloruro en la pasta de cemento. Todo ello con tal de que un mínimo de reserva alcalina esté garantizado, lo cual es el caso más general; tan sólo en algún caso especial, como es el de los cementos que contienen humo de sílice en proporciones altas -y por ello se limite aun 10 % máximo el contenido en los CEM IIIA-D-, se corre el riesgo de que, al quedar combinada toda la cal de hidrólisis de los silicatos del clinker, la reserva alcalina se agote totalmente y el pH de la pasta pueda descender por debajo del límite que asegura la pasividad del acero, facilitándose así la corrosión de las armaduras. En todo caso es necesario evitar o reducir la presencia de cloruros en todos los materiales componentes del hormigón, y en particular en los cementos, lo cual suele ser tenido en cuenta en las normas (Norma UNE 80301:1996). Algunos cementos, por contener sulfuros, o por carecer sus pastas de suficiente reserva alcalina y presentar menor pH (10 o incluso inferior), no garantizan la pasividad del acero ni su protección, particularmente en el caso de los alambres y cables del hormigón pretensado. De cualquier modo, un hormigón protector ha de ser denso, compacto, poco permeable -de baja relación agua/cemento- y adherente a las armaduras; y el espesor del recubrimiento de éstas ha de ser el adecuado (suficiente): ni escaso, ni excesivamente grueso, ya que en este último caso se corre el peligro de la fisuración por retracción, la cual facilitaría la penetración de agentes corrosivos. Las armaduras “de piel” pueden ser, a tales efectos, un arma de dos filos.

Finalmente cabe hacer destacar el hecho de que en el caso de las armaduras del hormigón pretensado los fenómenos corrosivos son mucho más peligrosos, dado que se complican debido al estado de tensión de las armaduras -corrosión bajo tensión-. La corrosión, en general, y en particular la puntual o localizada -picaduras- es mucho más intensa y rápida. provocando la pérdida o disminución de la sección útil de los alambres, lo cual, unido al estado tensional de los mismos, puede dar lugar a su rotura. 1.2.9.- Resistencia al hielo-deshielo. La acción de las heladas sobre el hormigón es de naturaleza fisica, ya que la congelación del agua líquida -no combinada-, interpuesta en los poros y capilares intersticiales, tanto de la pasta cementante como de los áridos en su caso -áridos heladizos- y también en la interfase entre ambos, transcurre con aumento de volumen. Y si no hay posibilidad de “acomodación” del hielo formado, se produce una expansión disruptiva que deteriora y destruye al

hormigón. A este respecto, los agentes inclusores de aire interrumpen las interconexiones capilares y crean microhuecos esféricos que actúan como cámaras de expansión y evitan la presión disruptiva. La resistencia de un hormigón a las acciones alternativas de hielo y deshielo depende de si aquél llega o no a alcanzar un “valor crítico de saturación’ de agua, lo cual es función de la naturaleza porosa de la pasta de cemento y de la facilidad con que el agua pueda acceder al hormigón, dependiendo de las condiciones de exposición de éste. El valor crítico de saturación es el contenido de agua del hormigón por debajo del cual no se producen dados por hielodeshielo; dicho valor suele corresponder, en general, al 90 % del volumen necesario para llenar completamente los poros del hormigón. La posibilidad de que éste alcance la saturación crítica depende en parte de su permeabilidad y de su Sistema de huecos (porosidad). Por lo tanto, la influencia del cemento en la resistencia del hormigón al hielo-deshielo depende de la que ejerza, tanto en la permeabilidad, como en el sistema de huecos del hormigón. Como queda indicado al tratar de la permeabilidad, ésta disminuye al avanzar la hidratación y el desarrollo de las resistencias. Por lo tanto, hormigones de una misma edad y relación agua/cemento no tienen por qué tener la misma permeabilidad, si su velocidad de endurecimiento, función de las características de sus respectivos cementos, es diferente. De aquí que las propiedades de los cementos, y en particular su composición, al influir en la resistencia y en la permeabilidad del hormigón al tiempo en que éste se expone a las acciones de

Hielo , sean importantes para la Deshielo

protección del material frente a éstas. Por eso los hormigones hechos con cementos de endurecimiento más lento y de más retardado desarrollo de resistencias exigen períodos de curado más largos para alcanzar el mismo nivel de protección frente al hielo, que los de los cementos de endurecimiento más rápido y más altas resistencias iniciales. Y por eso también a los hormigones que han de resistir al hielo-deshielo en condiciones severas o incluso moderadas se les exige haber alcanzado resistencias mínimas de unos 28 ó 21

N , respectivamente. Comparar cementos con mm 2

velocidades de endurecimiento muy distintas, a igualdad de edad, en lugar de hacerlo a igualdad de grado de “madurez” o “estado de maduración” es incorrecto, pues siempre saldrán beneficiados los de endurecimiento más rápido, en detrimento de los de endurecimiento más lento. En esto estriba, en otros aspectos como el de la expansión, el fallo de algunos métodos de ensayo -como el de Le Chatelier-Anstett-Blondiau-, el cual, al comparar a igualdad de edad (y no de madurez) pastas de cementos con y sin puzolanas o escorias siderúrgicas, desde el punto de vista de su resistencia a sulfatos y agua de mar, asigna a los primeros un comportamiento peor que el de los segundos, contra toda previsión y comportamiento real de unos y otros en la práctica. La consecución de un sistema de huecos propicio, lo cual es fundamental para la resistencia del hormigón al hielo, se puede lograr mediante el empleo de aditivos inclusores de aire; la cantidad óptima de éstos a utilizar en cada caso puede ser afectada por la composición de los cementos -sobre todo por los que contienen adiciones y, en particular, algunas cenizas volantes-. Por otra parte, la reducción de la permeabilidad del hormigón se puede lograr con bajas relaciones agua/cemento y una adecuada hidratación mediante un curado idóneo en cuanto a tiempo y condiciones. La utilización de sales deshielo (cloruros de sodio y/o de calcio) -en firmes y pavimentos, tableros de puentes, etc.puede agravar el deterioro del hormigón y producir corrosión en las armaduras.

1.2.10.- Resistencia a los ataques químicos. Las principales acciones ambientales sobre los hormigones en general pueden ser de carácter físico, como la acción del hielo, de carácter químico o de carácter mixto, cuando concurren ambas. Aunque consideradas de forma individual pueden ser tales que o bien afecten sólo o principalmente al hormigón en sí como material pétreo -en masa, armado o pretensado-, y en particular a la pasta cementante, a los áridos y a la interfase o zona de contacto (y transición) pasta/árido; o bien que afecten de forma preferente a las armaduras, en muy pocas ocasiones -si es que en algunacabe considerarlas aisladamente. Por el contrario, deben ser tenidas en cuenta siempre en conjunto, por la estrecha inteuelación entre unas y otras.

Acciones químicas son los ataques al hormigón producidos por el dióxido de carbono del aire -carbonatación-, por la acción de aguas puras, ácidas o carbónicas agresivas, por los sulfatos de calcio yio magnesio de suelos y terrenos, y del agua de mar, etc. Acciones mixtas son las ya señaladas -y algunas más- como químicas, cuando van acompañadas de otras físicas, como la de las heladas. Las armaduras, como material metálico -hierro, acero- pueden ser susceptibles de corrosión, acción en este caso electroquímica, particularmente llevada a cabo por los cloruros, sean de sales de deshielo utilizadas para rebajar el punto de congelación del agua -cloruros de sodio y/o de calcio: descenso crioscópico- o sean procedentes del agua de mar, de desagües industriales o de otros orígenes. También las armaduras, sobre todo las de tuberías enterradas, pueden sufrir una fuerte corrosión anódica -electroquímica- por la acción de corrientes eléctricas “vagabundas’, derivadas de conducciones principales. Las condiciones principales -y tal vez indispensables- para que un hormigón sea resistente a los ataques químicos en general, son: en cuanto al cemento utilizado, que sea el idóneo en cada caso (puzolánico Tipo CEM IV o de horno alto Tipo CEM III –Norma ENV 197 -1:2000- o resistentes a sulfatos y/o agua de mar -Norma UNE 80303:1996-, o de bajo calor de hidratación -Norma UNE 80306:1986-, y en cuanto al hormigón en si, que tenga una relación agua/cemento lo más baja posible- compatible con otras exigencias de puesta en obra-, que se compacte adecuadamente para que se alcancen la máxima densidad e impermeabilidad -mínima porosidad y/o porosidad más favorable (a igualdad o semejanza de porosidad total, predominio de la microporosidad y mesoporosidad, sobre la macroporosidad, y en todo caso poco intercomunicadas)-, y que se someta a un curado lo suficientemente prolongado, y en las condiciones idóneas para el caso; y, en ocasiones, la utilización correspondiente de aditivos inclusores de aire. Los ataques químicos al hormigón se producen en medios ácidos (inorgánicos u orgánicos), alcalinos (hidróxidos de sodio y amonio, hipocloritos -lejías-), salinos (en particular, sulfatos, cloruros y nitratos -aparte de los propios hipocloritos-, cloro y bromo gaseosos, lejías sulfíticas, amoníaco líquido, etc.). En cuanto al ataque por medio ácidos, el factor determinante es el pH: los hormigones resisten generalmente bien a medios de pH aproximadamente igual o superior a 6, salvo excepciones y circunstancias influyentes. Para hormigones resistentes a medios ácidos de pH comprendidos entre 3.5 y 6 se puede utilizar cemento de aluminato de calcio, si otras circunstancias no se oponen a ello, ya que por los componentes de dicho cemento y por la naturaleza de su pasta hidratada. Esta carece de los compuestos más susceptibles al ataque ácido de cierta fuerza (portlandita y tobermorita). Si un cemento y su correspondiente pasta hidratada o mortero son resistentes a un determinado tipo de ataque químico, el árido grueso utilizado en los hormigones deberá ser asimismo resistente a dicho ataque, si se quiere que éstos también lo sean. Pero si un cemento, pasta o mortero ordinario, no especialmente resistentes a la agresión ácida han de ser utilizados en un hormigón que sí haya de serlo, entonces conviene utilizar un árido grueso que sea atacable por ácidos, como por ejemplo, la caliza. La razón es que ésta, en parte, al actuar como árido “de sacrificio” reduce o anula la cantidad de ácido disponible para el ataque a la pasta o mortero y, por lo tanto, reduce también dicho ataque y sus efectos sobre el hormigón en conjunto, ya que pasta y mortero son los elementos de trabazón de los áridos gruesos.

La intensidad de los ataques al hormigón y, por lo tanto, el grado de deterioro experimentado por éste dependen, no sólo de la naturaleza química del medio agresivo, sino también de su concentración y de las circunstancias influyentes ya mencionadas. Son innumerables los cuadros que se han confeccionado y se siguen confeccionando para clasificar y valorar los grados de agresividad y la velocidad con que actúan los medios de ataque en función de su naturaleza, concentración y continuidad o persistencia en su acción; y para estimar la cuantía de los deterioros, así como para establecer las medidas de protección del hormigón, tanto a priori (acciones preventivas), o a posteriori (acciones curativas’, mucho menos eficaces y, a veces inútiles o imposibles y, en el mejor de los casos, excesivamente costosas). Algunos de los citados cuadros son los correspondientes a las tablas 1.2.10.1, 1.2.10.2 y 1.2.10.3, aparte de la ya señalada la tabla 1.2.1.1.

El ataque por sulfatos es especialmente importante por la abundancia de ellos en suelos, agua de mar, aguas subálveas y desagües industriales. En general, salvo excepciones, y debido a la susceptibilidad del C 3A al ataque por sulfatos, los cementos más resistentes al mismo son los de menor contenido de clinker y, dentro de ellos, aquellos cuyo clinker tiene más bajo contenido de C3A. Naturalmente que un cemento portland sin adiciones -con máximo contenido de clinker- (tipo CEM 1 ENV 197-1:2000 y UNE 80303:1996) cuyo clinker cumpla las especificaciones de la Norma UNE 80303:1996 para cementos resistentes a sulfatos, tendrá buena resistencia frente a estos. Algunas normas (UNE 80303:1996 entre ellas) distinguen entre cementos resistentes a sulfatos -de suelos y terrenosy cementos resistentes al agua de mar, en el sentido de ser más exigentes con los primeros que con los segundos, en lo que respecta al limite admisible de C3A en los clinkeres respectivos. Ello se debe al hecho de que los sulfatos en general, y el de calcio -yeso- en particular pueden llegar a alcanzar en los suelos y terrenos concentraciones superiores a las que normalmente tienen en el agua de mar, lo cual aumenta su agresividad, y también a la circunstancia de que, en presencia de cloruros -como es el caso del agua de mar-, el ataque por sulfato es más lento y retardado. No obstante, no hay que perder de vista la acción de estos cloruros sobre las armaduras del hormigón, en su caso. Tabla 1.2.10.1.- Efecto de algunos agresivos químicos sobre el hormigón.

Tabla 1.2.10.2.- Factores (circunstancias) que afectan al ataque químico del hormigón.

Tabla 1.2.10.3.- Tipos de cemento y relaciones

Agua para hormigón expuesto a sulfatos. Cemento

En los hormigones de obras marítimas sometidas a acciones causadas por atmósferas marinas con humedad y salinidad, por inmersión total (y permanente) en el mar, y por la intermitencia de las mareas -con actuación de las dos acciones anteriores-, así como en los que hayan de estar en contacto con suelos y aguas que contengan sulfatos -de calcio y eventualmente de magnesio-, se habrán de tener en cuenta las consideraciones que en su lugar se hacen más adelante. Así como también en el caso de hormigones, elementos estructurales, estructuras y obras en contacto con aguas ácidas, carbónicas agresivas, o puras, blandas y con gran poder disolvente. Las sales de deshielo, como los cloruros de sodio y calcio, aceleran y aumentan el deterioro por acciones de hielodeshielo en hormigones no resistentes a dichas acciones. Probablemente no los atacan químicamente, pero tienden a aumentar en ellos el grado de saturación y con él la posibilidad y facilidad de dicho deterioro por el propio hielodeshielo. Aparte, claro está también, de la acción despasivante y agresiva de los cloruros sobre las armaduras de hormigones armados y pretensados. La inclusión de aire es un requisito necesario para un hormigón que haya de ser resistente a esta acción. A veces es necesaria la protección “a posteriori” del hormigón frente a agentes agresivos; ello se consigue mediante materiales de recubrimiento e impregnación, como por ejemplo los polímeros. Pero es oportuno reiterar aquí una vez más, que la mejor defensa del hormigón contra los ataques al mismo por acciones agresivas externas de cualquier tipo, y en particular de naturaleza química, así como uno de los más eficaces medios de protección de sus armaduras contra la corrosión, es la densidad, compacidad e impenetrabilidad del material frente a todo agente atacante de naturaleza fluida, sea gaseosa (aire, oxígeno, vapor de agua), o sea líquida (agua, disoluciones jónicas).

Y que lo anterior, se consigue a base de una buena selección de materiales -cemento y áridos (con una adecuada granulometría de éstos)-, una dosificación idónea de los mismos -relación

Cemento Agua óptima y relación lo Aridos Cemento

más baja posible, compatible con una puesta en obra y una compactación, por los medios disponibles adecuados, lo más completa-. En suma, con buenos materiales y buena tecnología. 1.2.11.- Resistencia a las altas temperatura. Un hormigón bien curado, endurecido y seco puede resistir temperaturas hasta 100 ºC sin grandes pérdidas de resistencia. Puede resistir incluso varias horas a temperatura de unos 300 0C con escasa pérdida de resistencia. Esta pérdida, mayor a mayores temperaturas, es causada por deshidratación total o parcial del hidróxido de calcio (portlandita) y/o de los silicatos de calcio hidratados (tobermorita), con alteraciones de la estructura y eventual

destrucción de dichos compuestos, de la adherencia pasta -mortero- árido y de la trabazón que los mismos imparten al hormigón. La temperatura máxima a la que puede resistir un hormigón sin desmoronarse viene determinada por la deshidratación total y destrucción de los compuestos citados, que para la portlandita suele estar alrededor de los 600 0 C. Esta es la razón por la cual, cuando se quiere deshacer una probeta o muestra de hormigón para proceder a su análisis y estudio en un laboratorio, se recurre a una “descomposición térmica” de esta naturaleza. Hay que tener en cuenta que la resistencia del hormigón a temperaturas del orden de las señaladas -es decir, inferiores a 600 º C- depende también de la velocidad del calentamiento y del tiempo durante el cual el hormigón esté sometido a las mismas. Y, por supuesto, de las tensiones mecánicas y dilataciones provocadas por la presión del vapor de agua, tanto de la procedente de la descomposición térmica de los compuestos hidratados, como de la que se encuentre más o menos libre o fija -evaporable- dentro del material (agua intersticial en poros, agua de gel, ....). Influyen asimismo en dicha resistencia las características del cemento, en función de sus componentes y, en particular, de la composición mineralógica del clinker. Por ejemplo, un cemento con adición caliza que es térmicamente descomponible a temperaturas ya inferiores a 600 ºC, u otro con adición de puzolana natural que puede perder -en su caso- su agua de constitución en análogas condiciones, dan pastas menos térmicamente resistentes que otros, a igualdad o semejanza de lo demás. Esto quiere decir que si el hormigón está hecho con materiales (cementos y áridos) idóneos, más térmicamente resistentes, puede formar elementos estructurales que podrían tener una aceptable resistencia al fuego. Si el mortero u hormigón ha de resistir temperaturas muy elevadas -superiores a los 1000 ºC- y soportar choques térmicos fuertes, ha de ser aislante y refractario. Para ello el cemento utilizable ha de ser el CAC, de aluminato de calcio, de la Norma UNE 80310:1996, y el árido del tipo gres o similar -resistente al fuego-. En tales condiciones los hormigones y morteros pueden alcanzar temperaturas de trabajo del orden de los 1400 ºC. Y si se utilizan cementos de aluminato de calcio blancos, de muy alto contenido de alúmina (constituyente refractario) se puede alargar el campo térmico de trabajo hasta cerca de los 1900 ºC. 1.2.12.- Reacciones árido-álcalis. 1.2.12.1.- Generalidades. Entre los áridos del hormigón y la pasta de cemento tienen lugar acciones físicas y químicas, de tal manera que todos los áridos son químicamente reactivos y ninguno es realmente inerte (en el sentido estricto de la palabra) como a veces se ha venido afirmando. Estas acciones, tanto químicas como físicas, son en general, positivas y contribuyen a la buena adherencia entre el árido y el mortero o la pasta de cemento, pero otras veces son negativas y responsables de determinados tipos de deterioro y destrucción del hormigón. Hay áridos que reaccionan con casi todas las pastas de cemento, con independencia de la composición de las mismas, como son los solubles en agua, los descomponibles por oxidación en presencia de agua y los que reaccionan más o menos lenta o rápidamente con ésta para formar hidratos.

Entre los primeros están los sulfatos y cloruros naturales- yeso, anhidrita, halita-; entre los segundos, los sulfuros de hierro inestables -pirita, marcasita, pirrotina-. a veces asociados con carbón, lignitos y esquistos; y entre los terceros, la anhidrita (sulfato de calcio anhidro), la periclasa (óxido de magnesio cristalizado), la cal libre (óxido de calcio) y el clinker. Una de las reacciones más importantes -por sus efectos- que pueden tener lugar entre áridos y pasta es la de los primeros con los álcalis que el cemento u otros componentes del hormigón aportan a la matriz cementante, o que procedentes del exterior puedan penetrar en el hormigón. Dichas reacciones se distribuyen en tres grupos: álcali-carbonato, álcali-silicatos y álcali-sílice. Las primeras tienen lugar con áridos calizos, en parte dolomíticos (magnesianos) con impurezas arcillosas -cristales de dolomita (carbonato de calcio y magnesio) en una matriz fina de arcilla y calcita-, y en ellos se produce un proceso llamado

‘desdolomitización”, por el cual el carbonato de calcio y magnesio (dolomita) forma con el álcali -K+, Na+, OHbrucita expansiva (hidróxido de magnesio), carbonato de calcio (desdolomitización)... y carbonato alcalino que regenera el álcali para continuar la acción. Otra parte de la expansión puede corresponder al hinchamiento imbibición- del componente arcilloso del árido. La reacción álcali-silicatos ha sido escasamente estudiada y es poco conocida, al contrario que la reacción álcalisílice, la más extendida e importante desde el punto de vista del daño potencial -o real- que puede causar al hormigón. 1.2.12.2.- Reacciones álcali-sílice. Son el resultado del contacto e interacción de la disolución intersticial de la pasta de cemento, fuertemente alcalina, con áridos silícicos reactivos. La disolución concentrada de hidróxidos alcalinos que llena los poros de la pasta resulta de la reacción de la fase líquida de ésta con pequeñas cantidades de sodio y/o potasio, generalmente en forma de sulfatos en el cemento -pero también combinados en disolución sólida: el sodio con el C3A (NC8A3) y el potasio con el C2S (KC23S12), respectivamente-, durante la hidratación del cemento. Al separarse iones calcio y sulfato de la fase líquida, por formación de ettringita insoluble, la concentración en ella de los iones (OH)- y de los cationes alcalinos aumenta mucho y, por lo tanto, el pH, lo cual facilita, intensifica y acelera el ataque de la fase líquida a los áridos reactivos y a los materiales puzolánicos que, considerados como áridos, también son reactivos. La reacción álcali-sílice es, pues, una reacción (OH)- (hidróxilo o hidroxilión) - sílice. La reacción tiene lugar entre los hidróxidos alcalinos de las soluciones intraporosas del hormigón, la cal liberada durante las reacciones de hidratación del cemento y los áridos reactivos que pueda contener el hormigón (Ciertas formas de sílice del árido). El producto de dicha reacción es la formación de un gel de álcali - sílice que absorbe agua, hinchándose y originando presiones expansivas que pueden generar grietas con el tiempo. El esquema general del proceso ha sido establecido por Plum y col. (1958) de acuerdo con la reacción siguiente: SiO2 + NaOH + Ca(OH)2 + H2O

 n1Na2O.n2CaO.n3SiO2.n4H2O

El producto de esta reacción puede ser un gel de un silicato cálcico-alcalino complejo, el cual es expansivo en una cierta medida, o un gel de silicato alcalino simple, el cual puede embeber agua, hincharse y expandir más, provocando el deterioro del hormigón (El gel formado será o no de carácter expansivo según sea el contenido de CaO.). La formación de uno u otro producto depende de la concentración de iones (OH) y de partículas reactivas del árido, así como de las características físicas de éste, del contenido de cemento en el hormigón y de la relación agua/cemento. Los primeros síntomas de esta reacción pueden mostrarse años después de haberse iniciado, apareciendo grietas en los contornos de los áridos y grietas capilares en sus cercanías. En cuanto a los áridos reactivos, se cita con frecuencia el ópalo, si bien este constituyente no abunda mucho en los áridos; otros muchos, como el cuarzo y las cuarcitas, las argilitas y otras rocas sedimentarias y metamórficas han sido reconocidos también como reactivos, si bien, en general, se comportan de modo distinto al ópalo.

Para que se produzca una reacción álcali - sílice perjudicial tienen que coincidir las siguientes tres circunstancias: - Una cantidad crítica de sílice reactiva. - Suficiente solución alcalina en los poros del hormigón. - Suficiente cantidad de humedad. La reacción expansiva y sus efectos destructivos pueden tener lugar a cortos plazos -horas-, como sucede en la formación de ‘pústulas’ superficiales en pavimentos con áridos que contienen granos opalinos. La gran velocidad de reacción parece corresponder a una fuerte reactividad del árido y una elevada concentración alcalina, por un elevado contenido de álcalis en el cemento y/o en otros componentes del hormigón.

Más recientemente se han detectado estructuras de hormigón con áridos aparentemente poco -o lentamente- reactivos, las cuales han mostrado deterioros por reacción expansiva álcali-sílice al cabo de 20, 30 ó 50 años. La magnitud de estos deterioros depende de muchos factores, unos intrínsecos del hormigón y otros ambientales -temperatura, humedad y precipitación medias anuales locales. La reactividad de los minerales de la sílice depende, principalmente, de que su estructura cristalina este más o menos ordenada. Entre las rocas que pueden dar lugar a áridos reactivos figuran las siguientes: - Pedernales o sílex opalinos calcedónicos o cuarzosos - Calizas y dolomías pedernalinas y opalinas -Pizarras y esquistos opalinos - Riolitas - Dacitas

y sus tobas volcánicas

- Andesitas - Filitas y sub-grauwacas que contienen -Areniscas - Argilitas - Cuarcitas - Cuarzo deformado - Esquistos y pizarras - Gneiss granítico Y entre los minerales reactivos que acompañan a estas rocas figuran los siguientes: - Opalo: sílice hidratada amorfa SiO2.nH2O. - Calcedonia: sílice microcristalina o criptocristalina: SiO2 + H2O + aire. - Cuarzo: microcristalino o criptocristalino muy deformado o fracturado y/o con inclusiones: SiO2 - Cristobalita: cristalina: SiO2 - Tridimita: cristalina: SiO2 - Vidrios de rocas ácidas o intermedias y sus productos criptocristalinos de desvitrificación, como matriz de rocas volcánicas; silícicos con Al, Fe, metales alcalinos y alcalinotérreos: vidrio o miciocristales. - Vidrios silícicos sintéticos con pequeñas proporciones de álcalis y alúmina, con o sin otras sustancias: vidrio. Los áridos deben ser juzgados por su comportamiento previamente comprobado y por las condiciones de servicio que haya de tener el hormigón -no se olvide que para que se pueda dar la expansión por reacción álcalis-sílice es preciso que haya acceso de agua al hormigón-. Hay áridos de naturaleza reactiva que se comportan bien, incluso con cementos de alto contenido de álcalis, a pesar de ser rechazables por los ensayos al uso. Pero si se carece de información previa positiva acerca de ellos, se deberán ensayar al menos por dos métodos acreditados distintos. Los remedios frente a áridos reactivos que, pese a todo, vayan a ser empleados, son: 1.-Utilizar un cemento portland Tipo CEM I con bajo contenido de álcalis (Na 2O equivalente = Na2O % + 0.658 K2O %