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Rick
Montani
La
carbonatación es un fenómeno natural que ocurre todos los días
en miles de estructuras de concreto en todo el mundo. Es un
proceso bien comprendido que ha sido investigado y documentado
perfectamente.1 En concreto que no contiene acero de refuerzo,
la carbonatación es, generalmente, un proceso de pocas
consecuencias. Sin embargo, en el concreto reforzado, este
proceso químico aparentemente inocuo, avanza lenta y
progresivamente hacia adentro desde la superficie expuesta del
concreto, y asalta al acero de refuerzo causando la corrosión.
Aunque la carbonatación es una causa de la corrosión menos
importante que los cloruros, no por ello es menos seria en
términos del daño que provoca y del dinero que cuesta remediar
sus efectos.
Uno puede preguntarse por qué razón un proceso tan común y
natural como la carbonatación no ha sido ampliamente
reconocido en Estados Unidos como una causa seria de corrosión
de las varillas de refuerzo. Algunos creen que la
carbonatación es causada por los calentadores que queman
combustible y que se usan en interiores. Aunque estos
calentadores pueden liberar grandes cantidades de dióxido de
carbono (el culpable de la carbonatación), sólo se requiere
una pequeña concentración de CO2, que normalmente se encuentra
en la atmósfera (0.03 por ciento) para que ocurra la
carbonatación del concreto.2 Hay quien piensa que la
carbonatación del concreto es un problema que ocurre
únicamente en Europa y cita como una razón las mezclas de
concreto de menor calidad y los estándares europeos. Sin
embargo, la única diferencia de consecuencias reales entre el
concreto de Europa y el del resto del mundo es su edad: el de
Europa, en general, es más viejo. Consecuentemente, el primer
lugar donde hubo que encarar la corrosión del concreto
inducida por la carbonatación fue Europa.
¿Qué es la carbonatación?
La carbonatación en el concreto es la pérdida de pH que ocurre
cuando el dióxido de carbono atmosférico reacciona con la
humedad dentro de los poros del concreto y convierte el
hidróxido de calcio con alto pH a carbonato de calcio, que
tiene un pH más neutral (figura 1). ¿Por qué es un problema la
pérdida de pH? Porque el concreto, con su ambiente altamente
alcalino (rango de pH de 12 a 13), protege al acero de
refuerzo ahogado contra la corrosión. Esta protección se logra
por la formación de una capa de óxido pasivo sobre la
superficie del acero que permanece estable en el ambiente
altamente alcalino. Esta es la misma capa pasivadora que
atacan los cloruros cuando alcanzan el acero de refuerzo
expuesto a sales descongelantes y ambientes marinos.
Cuando progresa la carbonatación hacia la profundidad del
refuerzo, la capa de óxido protectora y pasivadora deja de ser
estable. A este nivel de pH (por debajo de 9.5), es posible
que empiece la corrosión, resultando finalmente en el
agrietamiento y astillamiento del concreto (figura 2). Aunque
la difusión del dióxido de carbono a través de los poros de
concreto pueda requerir años antes de que ocurra el daño por
corrosión, puede ser devastadora y muy costosa de reparar.
Es muy importante identificar la presencia de la carbonatación
cuando también hay cloruros en el concreto. En el concreto
nuevo que tiene un pH de 12 a 13, se requieren aproximadamente
de 7,000 a 8,000 partes por millón (ppm) de cloruros para
comenzar la corrosión del acero ahogado. Sin embargo, si el pH
baja a un rango de 10 a 11, el umbral de cloruro para la
corrosión es significativamente menor -100 ppm o menos-. Por
esta razón, una investigación de la condición para la mayoría
de las estructuras de concreto en proceso de corrosión debe
siempre incluir un análisis de la profundidad de carbonatación.
Afortunadamente para los propietarios, especificadores y
contratistas, la carbonatación es una condición relativamente
sencilla de identificar y diagnosticar. La manera más fácil de
detectar la carbonatación en una estructura es romper un
pedazo de concreto (preferentemente cerca de un borde) en
donde se sospeche que hay carbonatación. Después de soplar
todo el polvo residual del espécimen o del substrato, se
pulveriza una solución de 1 o 2 por ciento de fenolftaleína en
alcohol sobre el concreto (figura 3). Las áreas carbonatadas
del concreto no cambiarán de color, mientras que las áreas con
un pH mayor de 9 a 9.5 adquirirán un color rosado brillante.3
Este cambio muy apreciable de color muestra cuán profundamente
ha progresado el "frente" de carbonatación dentro del
concreto. Existen otros métodos y otros indicadores para
detectar la carbonatación, pero éste es, con mucho, el método
más fácil y común de detección.
Las agencias de prueba calificadas realizan estas pruebas
rutinariamente como parte de una investigación de la condición
en edificios y estructuras de concreto. Además de las pruebas
de carbonatación, estas investigaciones de la condición
incluyen con frecuencia pruebas de resistencia del concreto,
valoraciones de la profundidad del recubrimiento, contenido de
cloruro y permeabilidad del concreto.
Factores que afectan la carbonatación
Tal como se mencionó antes, el proceso de carbonatación es
completamente natural. También se ve afectado por variables
naturales que se encuentran en el concreto. El aumento de
carbonatación depende, en gran medida, del contenido de
humedad y permeabilidad del concreto.
Contenido de humedad del concreto. Como se muestra en la
figura 1, para que tenga lugar la carbonatación, debe haber
presencia de humedad. La reacción de carbonatación avanza más
rápidamente cuando la humedad relativa en el concreto se
encuentra entre 50 y 55 por ciento.4 A humedad más baja, no
hay suficiente agua en los poros del concreto para que se
disuelvan cantidades significativas de hidróxido de calcio.
Por encima de 75 por ciento de humedad, la situación se
revierte y los poros se bloquean progresivamente con agua.
Aunque esto permite que se disuelva libremente el hidróxido de
calcio, evita en gran medida el ingreso del dióxido de
carbono. Así se explica por qué diferentes lados de la fachada
de un edificio de concreto, por ejemplo, pueden variar
grandemente en la profundidad de sus frentes de carbonatación.
Una fachada expuesta al mar puede tener poca carbonatación
debido a su contenido constantemente alto de humedad, mientras
que la carbonatación puede haber avanzado a niveles más
profundos en los otros lados del edificio.
Permeabilidad del concreto. El concreto permeable se
carbonatará rápidamente. Muchos años de protección contra la
carbonatación pueden sumarse al concreto reforzado si los
constructores simplemente siguen las prácticas estándar para
producir concreto de baja permeabilidad. Éstas incluyen
relaciones bajas de agua/cemento, compactación apropiada por
vibración, uso de puzolanas tales como ceniza volante o humo
de sílice y curado apropiado. Todas estas prácticas reducen la
permeabilidad del concreto y hacen más difícil para que el
dióxido de carbono se difunda a través de él.
Recubrimiento del concreto y defectos de superficie. La
carbonatación puede inclusive causar problemas de corrosión
aun en concreto de alta calidad. Un recubrimiento bajo del
concreto y defectos de superficie tales como grietas y
pequeños hoyos proporcionan una ruta directa al acero de
refuerzo. La figura 4 muestra claramente de qué manera una
grieta ha llevado la carbonatación muy por debajo de la
superficie expuesta de concreto. No pasará mucho tiempo antes
de que el acero en el área de esta grieta empiece a corroerse
debido a la pérdida de pasivación.
Del mismo modo, los pequeños hoyos pueden, a veces, dar como
resultado la pérdida de 12 mm o más del recubrimiento
protector del concreto. Si ha de usarse un recubrimiento
protector anticarbonatación, los pequeños hoyos y otros
defectos de la superficie deben rellenarse primero con un
"mortero nivelante" para evitar roturas en el recubrimiento
protector.
Los bordes del recubrimiento de concreto son notables por su
susceptibilidad a la corrosión inducida por carbonatación.
Como se ve en la figura 5, los bordes o las esquinas tienen
dióxido de carbono que se difunde hacia el acero de refuerzo
en dos direcciones. Si el acero en estas áreas no tuviera un
recubrimiento de concreto adecuado, la carbonatación
conduciría a la corrosión y podría causar astillamiento en los
bordes en muy pocos años. Durante la construcción original,
las esquinas son también áreas donde con frecuencia el
concreto no está bien compactado. Los huecos y los agregados
expuestos de la superficie reducen el recubrimiento de
concreto, permitiendo que la carbonatación alcance rápidamente
el acero.
Estrategias de reparación y protección
La investigación de la condición debe siempre constituir la
base para un enfoque de reparación y protección. Antes de que
pueda prescribirse un remedio apropiado, debe completarse un
diagnóstico minucioso. Para estructuras a las que se ha
diagnosticado corrosión, agrietamiento y astillamiento
inducidos por la carbonatación, existen pocas opciones de
reparación.
Se puede elegir la protección catódica (PC) si el daño por
corrosión es severo.5 Sin embargo, esta es una opción costosa
y requiere la continuidad eléctrica del refuerzo, así como
también costos sustanciales para el mantenimiento progresivo.
La realcalinización es una técnica bastante nueva que pretende
restaurar la alta alcalinidad del recubrimiento de concreto
extrayendo electroquímicamente un químico con alto contenido
de pH en la estructura.6 Se trata también de una opción
costosa con un historial muy limitado.
Con frecuencia, la opción más factible es reparar y proteger
el concreto. Esta es una técnica de reparación directa que
atiende claramente la necesidad inmediata del propietario.7
Sin embargo, la reparación del daño visible es sólo el primer
paso para una reparación duradera del concreto dañado por la
corrosión. Las áreas resanadas cubren usualmente sólo
alrededor de 15 por ciento de toda el área de la superficie,
pero el área total de ésta ha sido carbonatada. Si sólo se
resana el daño visible, sin preocuparse por las causas
subyacentes, no pasará mucho tiempo antes de que ocurra mayor
astillamiento. Con frecuencia, un propietario ha pagado mucho
dinero por un enfoque de reparación para verse finalmente ante
más astillamientos en nuevas áreas en el término de dos años.
Esto se debe a que el problema de la carbonatación nunca se
resolvió de manera efectiva.
Recubrimientos anticarbonatación. Para detener efectivamente
el avance del "frente de carbonatación", con frecuencia se
emplean recubrimientos anticarbonatación. Al contrario de las
pinturas de mampostería o los recubrimientos elastoméricos
comunes, los recubrimientos anticarbonatación están
específicamente diseñados para detener el ingreso del dióxido
de carbono. Existen en Europa métodos de prueba estandarizados
para evaluar la resistencia al dióxido de carbono de un
recubrimiento. La figura 6 muestra la ilustración de una de
tales pruebas, donde puede medirse el coeficiente de difusión
del CO2 de un material. Estas pruebas han demostrado que un
recubrimiento anticarbonatación de alta calidad puede agregar
protección a la varilla de refuerzo en una cantidad igual a
muchos centímetros de recubrimiento de concreto. Los
recubrimientos anticarbonatación deben ser recubrimientos
respirables que puedan obtenerse en variedades rígidas o
capaces de puentear grietas.
Es importante entender que no todos los recubrimientos
resisten el dióxido de carbono. Muchos recubrimientos
elastoméricos impermeables al agua no forman una barrera
efectiva para el CO2. El uso de tal recubrimiento puede, en
efecto, acelerar la carbonatación, secando el concreto a tal
grado que permita el ingreso más rápido del CO2.
De manera similar, los selladores penetrantes con frecuencia
se usan erróneamente para proteger contra la carbonatación.
Los materiales a base de silicón tales como los silanos y los
siloxanos son repelentes del agua, pero no evitan que entre el
dióxido de carbono a los poros del concreto. Y al secar el
concreto, también pueden incrementar la rapidez de
carbonatación.4
Inhibidores de corrosión. Refiriéndonos nuevamente a la figura
2, la gráfica inferior muestra que el frente de carbonatación
ha alcanzado ya la profundidad del refuerzo de acero. En
situaciones como ésta, el recubrimiento anticarbonatación,
aunque detiene el progreso ulterior de la carbonatación, no
podrá detener la corrosión existente que ya está teniendo
lugar. La investigación ha demostrado que existe todavía
suficiente humedad en el concreto para continuar corroyendo la
varilla de refuerzo.8
La tecnología actualmente en desarrollo de los inhibidores de
corrosión puede ayudar a resolver la corrosión existente. En
estas situaciones, los inhibidores de corrosión aplicados a la
superficie, y que se pueden difundir a través del concreto que
sirve de recubrimiento, pueden aplicarse en espray o con
rodillos en la superficie de concreto antes de aplicar un
recubrimiento anticarbonatación.
Este enfoque utiliza el inhibidor de corrosión para tratar la
corrosión existente en la varilla de refuerzo, y el
recubrimiento anticarbonatación agrega una protección
efectiva. Los inhibidores de corrosión pueden probar su
efectividad cuando se usan en situaciones similares, con
selladores y membranas, donde los cloruros han alcanzado ya el
nivel del refuerzo.
Es necesario que en Estados Unidos se reconozca la
carbonatación como una causa seria de la corrosión del acero
de refuerzo. A diferencia de los cloruros, el papel de la
carbonatación en la corrosión de la varilla de refuerzo se ha
descuidado con mucha frecuencia. Para evitar esto, las pruebas
de la profundidad de la carbonatación deben siempre incluirse
en la evaluación del concreto dañado por corrosión.
Este artículo se publicó en Concrete Repair Digest y se
reproduce con la autorización de The Aberdeen Group.
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La
carbonatación, enemigo olvidado del concreto
