ALKALI SILICA REACTION: TOOLS OF MICROSCOPIC CHARACTERIZATION

AND DISCUSSION ABOUT ITS TREATMENT IN THE NEW CHILEAN STANDARD

NCh170.

REACCIÓN ÁLCALI SÍLICE : HERRAMIENTAS DE CARACTERIZACIÓN

MICROSCÓPICA Y DISCUSIÓN SOBRE SU TRATAMIENTO EN LA NORMA CHILENA EN CONSULTA NCh170.Dr. Miguel Angel González T.

Universidad de ChileCentro de investigación, Desarrollo e Innovación en Estructuras y Materiales

IDIEM

05 DE NOVIEMBRE DE 2013

IntroducciónEste trabajo está centrado en describir algunas

técnicas de caracterización microscópica de la reacción álcali sílice (ASR) y discusión de los requisitos de durabilidad relacionados con ésta en la norma chilena en consulta prNCh170. Hormigón – Requisitos Generales.

Está reacción nociva para la durabilidad del hormigón se conoce desde hace largo tiempo, específicamente desde fines de los años 30 y las investigaciones de esta reacción han dado origen a innumerables debates, seminarios, libros, artículos, etc.

Panorama nacionalEn Chile, a pesar de tener áridos reactivos y potencialmente reactivos, no se conocen casos documentados de estructuras deterioradas por la reacción ASR. Sin embargo, esto no implica que la reacción no esté presente o que en el futuro no se vaya a presentar.

En la actualidad en Chile, como en otros países del mundo, para reducir el impacto ambiental y la contaminación, en los cementos y en los hormigones se están incorporando nuevos materiales cuyo comportamiento frente a la reacción álcali sílice no ha sido estudiado detenidamente. Por lo tanto, tenemos que disponer de técnicas de diagnóstico para identificar esta reacción, y paralelamente desarrollar metodologías de ensayos confiables para prevenir que ocurra. Algo de esto ha sido incorporado en la nueva norma NCh170 en estudio.

Definición de ASREn la solución del poro del hormigónpredomina el Na+, K+ y OH- . Si el árido es reactivo, OH- y luego Na+ y K+ reaccionan con la sílice.

El producto de la reacción es un gelcompuesto de Si, Na, K y Ca . El gel se forma alrededor y en el árido.

El gel absorbe agua de la pasta y se expande, con lo que eventualmente podría exceder la resistencia de tracción, causando expansión y agrietamiento

Condiciones para tener daño por ASR1. Suficiente cantidad de sílice reactiva en

los áridos.En Chile tenemos áridos reactivos y potencialmente reactivos.

2. Suficiente contenido de álcalis en el hormigón.Las fuentes de álcalis pueden ser las siguientes:

a) Cementob) Adiciones (escorias, puzolanas, cenizas, entre

otras)c) Áridosd) Aditivose) Fuentes externas (agua de mar, sales

descongelantes, otras)f) Agua de amasado

Condiciones para tener daño por ASR

3. Suficiente humedad. La humedad es necesaria para sostener la reacción química y para promover la expansión del gel.

Condiciones para tener daño por ASR

La falta de cualquiera de estas tres condiciones evita la ocurrencia de

la reacción álcali sílice.

Síntomas de ASR en el hormigón

Caracterización Microscópica

① Microscopía estereoscópica② Microscopía petrográfica③ Microscopía de fluorescencia④ Microscopía electrónica de barrido (SEM)

con detector EDX ⑤ Microscopía de rayos X.

Microscopía óptica (estereoscópica y petrográfica en áridos y en

hormigón)

Microscopía estereoscópica en hormigónLa micrografía muestra posible presencia de gel de sílice alrededor de áridos y poros de una muestra de hormigón (IDIEM 2013). Aumento 12,5X

Microscopía de fluorescencia en hormigónLa micrografía muestra posible presencia de gel de sílice alrededor de áridos y fisura en la pasta de una muestra de hormigón (IDIEM 2013). Imagen 100 x. Reactivo: Acetato de Uranilo

Microscopía SEM en hormigónLa micrografía muestra presencia de gel de sílice alrededor de un poro de una muestra de hormigón (IDIEM 2013). Metalizado: oro (Au).

La micrografía muestra gel de sílice extraído de una muestra de hormigón (IDIEM 2013). Metalizado: oro (Au). 1.500 x

Microscopía SEM en hormigón

La micrografía muestra presencia de etringita en un poro de una muestra de hormigón (IDIEM 2013). Metalizado: oro (Au). 1.500 X

Microscopía SEM en hormigón

Difracción de rayos XUno de los usos de está técnica es la de caracterizar los áridos y las diferentes adiciones que se emplean en el hormigón, tales como, puzolanas, escorias cenizas, entre otras (Valdez et. al.2008)

Ensayos ASTM para evaluar ASR• C 295 Petrographic Examination of Aggregates

• C 227 Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Cement-Aggregate Combinations (Mortar-Bar Method)

• C 289 Standard Test Method for Potential Alkali-Silica Reactivity of Aggregates(Chemical Method)

• C 441 Standard Test Method for Effectiveness of Pozzolans or Ground Blast-Furnace Slag in Preventing Excessive Expansion of Concrete Due to the Alkali-Silica Reaction

ASTM= American Society for Testing and Materials

Ensayos ASTM para evaluar ASR• C 1260 Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Aggregates (Mortar-Bar Method)

• C 1293 Standard Test Method for Determination of Length Change of Concrete Due to Alkali-Silica Reaction

• C 1567 Standard Test Method for Determining the Potential Alkali-Silica Reactivity of Combinations of Cementicious Materials and Aggregate (Accelerated Mortar-Bar Method)

ASTM= American Society for Testing and Materials

Ensayos ASTM 441 (pyrex)Evalúa la efectividad para controlar ASR de las adiciones que se incoporan a los cementos y a los hormigones. Para cada material se tienen requisitos diferentes, según se observa en la tabla siguiente:

Standard AASHTO PP65-11

La versión AASHTO PP65-11 publicada en 2010. “Standard practice for determining the reactivity of concrete aggregates and selecting appropriate measures for preventing deleterious expansion in new concrete construction”, recomienda para la evaluación de la reacción álcali sílice una división en dos etapas:

Standard AASHTO PP65-111. Evaluación de la reactividad del árido Los áridos se evalúan mediante:

• Historial de comportamiento en terreno (15 años)• Evaluación petrográfica• Información de ensayos acelerados de barra de mortero según

ASTM C1260• Información del prisma de hormigón, según ASTMC1293

Standard AASHTO PP65-112. Selección de medidas preventivas. Dos enfoques para

la selección:

a. Comportamiento: Basado en ensayos de Laboratorio , ASTM C1567 y ASTMC1293

b. Enfoque prescriptivo basado en consideraciones de los áridos, tipo y tamaño de la estructura, condiciones de exposición y composición de los materiales cementicios a usar.

Normas en ChileEn Chile no se dispone de normas de evaluación de reacción álcali sílice.

• NCh163.Of1979. Áridos para morteros y hormigón – Requisitos. En Anexo D (informativo) recomienda evaluar los áridos mediante ensayos por normas ASTM C289, C295 y C227.

• NCh163 en estudio (2013). Áridos para morteros y hormigón- Requisitos.Evaluación de áridos según ASTM C289. En caso de no cumplir, es decir, áridos reactivos, evaluar por métodos alternativos opcionales ASTM C295, C1260 y C227.

• NCh170.Of1985. Hormigón –Requisitos Generales.No indica requisitos ni recomendaciones.

• prNCh170.2013. Hormigón – Requisitos Generales. En

consulta publica. Se proponen criterios de durabilidad y entre éstos, la reacción álcali sílice para áridos potencialmente reactivos en condiciones de humedad alta.

a) Información histórica de obras similaresb) Contenido de álcalis del cemento menor que 0,60%.c) Resultados de ensayo ASTM C227 d) Resultados de estudios especiales que permitan uso

Normas en Chile

CONCLUSIONES Si bien no hay casos informados de reacción álcali agregado en

Chile, los resultados de muestras de hormigones y las pruebas de Laboratorio mediante las técnicas microscópicas, indican la presencia de productos de la reacción álcali sílice en algunos hormigones.

Chile se caracteriza por emplear áridos silicios en sus hormigones, con altos contenidos vítreos dado su origen geológico, por lo que su empleo para mitigar la reacción álcali sílice requiere la evaluación mediante ensayos de laboratorio que entreguen un mayor grado de confiabilidad.

Las técnicas microscópicas usadas son herramientas adecuadas para detectar y caracterizar los productos de reacción álcali sílice, y para distinguir de otras patologías, como es el caso de la formación de etringita por la presencia de sulfatos.