Guía para la carbonatación del hormigón y las pruebas de carbonatación acelerada

El ser humano comenzó a utilizar el hormigón hace 5.000 años para construir monumentos que pudieran resistir el paso del tiempo.

Los antiguos egipcios utilizaron una forma primordial de hormigón para construir sus pirámides

Los romanos lo utilizaron para construir sus enormes acueductos, lo que permitió el rápido crecimiento del imperio.

En 1824, Joseph Aspdin inventó el cemento Portland, que luego crearía las maravillas modernas que aún disfrutamos hoy.

Sin embargo, muchos de los edificios antiguos se han derrumbado o están en riesgo debido a la carbonatación del hormigón.

Pero ¿qué es la carbonatación y qué hace que el hormigón sea tan especial? Continúe leyendo para obtener más información y descubrir cómo los fabricantes realizan pruebas de carbonatación acelerada.

¿Qué es el hormigón?

El hormigón es un material compuesto que consta de una matriz y un aglutinante. La matriz es un agregado de material rocoso, generalmente caliza, granito o grava.

El aglutinante suele ser cemento Portland y mantiene unida la matriz.

Según las ecuaciones de Bogue, el cemento Portland contiene entre 60-67% de CaO, 17-25% de SiO2, 3-8% de Al2O3, 0,5-6% de Fe2O3, 0,1-4% de MgO, 1,3-3% de SO3 y 0,4-1,3% de álcali.

Su composición química lo hace resistente, fuerte y le confiere la capacidad de perder plasticidad y ganar compacidad con la posterior adición de agua.

Se agrega agua a un polvo seco y al agregado, lo que da como resultado una sustancia blanda que el trabajador puede manipular en cualquier forma.

Las estructuras hechas con cemento Portland tienden a utilizar refuerzo de barras de acero, creando una estructura fuerte que puede soportar un gran peso sin doblarse ni romperse.

Sin embargo, la mayor amenaza para las estructuras de hormigón es el proceso de carbonatación.

¿Qué es la carbonatación del hormigón?

La carbonatación es la reacción química entre el dióxido de carbono CO2 y los compuestos de hidratación del cemento en las estructuras de hormigón.

La tasa de carbonatación depende de muchas características físicas, como:

• Preparación en el sitio
• Producción y protección
• El diseño de la estructura

Además de lo anterior, otros factores también juegan un papel importante, como la ubicación de la estructura y su exposición a contaminantes.

Por último, factores ambientalescomo el calor, la lluvia, la nieve y la humedad también influyen en la carbonatación.

¿Cuáles son los efectos de la carbonatación? ¿Por qué es perjudicial?

La carbonatación penetra más profundamente en el hormigón con el tiempo, generalmente a una velocidad proporcional a la raíz cuadrada del tiempo.

tarda solo unas horas en reaccionar con el CO2 presente en el aire. La reacción puede alcanzar una profundidad de 1 mm en el caso de hormigón grueso y de 5 mm en el de hormigón poroso y permeable.

Este proceso provoca un efecto dominó: en primer lugar se reduce el pH, es decir, la alcalinidad natural del hormigón pasa de pH13 a pH8.

A su vez, el pH más bajo provoca que la capa de pasivación que rodea al acero se degrade, exponiendo el acero de refuerzo al agua y al aire, lo que provoca su oxidación.

El acero oxidado luego se expande y empuja contra el hormigón circundante.

El hormigón acaba agrietándose, debilitando la estructura y poniéndola en grave riesgo.

La carbonatación es una de las causas sospechosas, entre muchas, de los derrumbes de edificios en Lagos, Nigeria: un ejemplo del daño que puede causar el hormigón no probado.

hay algunas buenas noticias.

La mayoría de la gente asocia el proceso de carbonatación con el debilitamiento de los refuerzos y la contracción del acero, pero no todos los efectos son negativos.

La carbonatación también aumenta la resistencia a la compresión y a la tracción del hormigón. La clave está en encontrar el equilibrio adecuado. Para ello, se necesitan ensayos de carbonatación acelerada.

¿Qué es la prueba de carbonatación acelerada?

En pocas palabras, esta prueba no es más que unainvestigación exhaustiva para acelerar la carbonatación en un entorno controlado.

Es una forma que tienen los profesionales del hormigón de probar su producto y determinar su durabilidad bajo ciertas condiciones. Esta prueba se realiza evaluando su resistencia a la corrosión. Por lo tanto, es evidente que un diagnóstico correcto de cualquier problema puede ser crucial desde la perspectiva de la seguridad y la prevención.

Cada prueba utiliza diferentes parámetros según el tipo de condiciones a las que puede estar expuesto el hormigón.

Algunos de estos factores incluyen:

• • La concentración de gas CO2 : este es un factor particularmente importante para el hormigón utilizado en las ciudades más contaminadas.
  • Humedad : El nivel óptimo de humedad es entre el 50 % y el 70 %. Cuando hay humedad, hay menos agua. El exceso de agua dificulta la difusión del CO2.
  • Temperatura : en ambientes más cálidos, hay una mayor tasa de carbonatación.
  • Relación agua-cemento: Determina el sistema de poros del hormigón y el grado de hidratación.
  • Porosidad y permeabilidad

El problema es que es difícil, si no imposible, controlar todas estas variables sin el equipo adecuado.

Cualquier pequeño cambio en estas variables puede dar lugar a resultados de pruebas erróneos y a la creación de construcciones inadecuadas o inseguras.

De hecho, incluso cuando los investigadores controlan estos factores, todavía puede haber una diferencia entre lo que se observa y lo que realmente sucede en un entorno natural real.

Es imposible controlar todas las variables, pero es posible aumentar las probabilidades de éxito de la investigación si se utiliza la cámara de ensayo adecuada.

Para realizar estas pruebas en un laboratorio controlado, FDM proporciona una cámara de pruebas_{de CO2} , capaz de simular atmósferas enriquecidas y mantener parámetros estables de temperatura y humedad según lo exigen las normas EN 12390-12.

Normas y procedimientos para la prueba de carbonatación del hormigón

Los perfiles recomendados para las pruebas de carbonatación son:

• Niveles de CO2 al 4%
• Niveles de humedad relativa al 65%
• Ajuste de la temperatura a 20°C
• Control activo de CO2
• Un ventilador de circulación eficiente
• Una mezcla de referencia
• Calibración y registro adecuado de resultados

Se recomienda acondicionar las muestras en aire de laboratorio durante un mes a 20-23°C.

Si está probando concreto con una capa protectora, deberá pulir con chorro de arena las muestras antes de aplicar el protector, dejarlas “curar” durante tres días y luego llevarlas al laboratorio al menos tres meses después de seleccionarlas.

El espesor ideal para la prueba es de entre 40 y 50 mm. Esto proporcionará suficiente material para evaluar los resultados.

Fig.1: Prueba experimental de carbonatación acelerada

Remedios para la carbonatación del hormigón

Como es fácil imaginar, no existen remedios ni paliativos que puedan resolver fácilmente un problema relacionado con el hormigón que ha sufrido un proceso de carbonatación.

Muy a menudo la única solución es realizar grandes reformas cuando ya no se han producido problemas más graves como derrumbes o daños irreparables.

La única opción viable es trabajar para prevenir el problema realizando todas las pruebas y análisis necesarios antes de que el hormigón se produzca y se utilice en masa para las obras de construcción. 

Cómo encontrar la cámara de pruebas adecuada

A continuación se presentan algunas sugerencias para comprender las principales evaluaciones a realizar durante la fase de investigación con una cámara de pruebas de hormigón.

• Mida diferentes variables para cada tipo de hormigón que se esté probando.
• Aplicar diferentes valores a estas variables en función de dónde se utilizará el hormigón.

  Por ejemplo, deberá aumentar el contenido de humedad para las pruebas de hormigón utilizadas en Florida en comparación con las pruebas en Kansas. También deberá tener en cuenta el calor durante todo el año en Florida, en comparación con los fríos inviernos de Kansas.

• Utilice una cámara de ensayo que permita las mismas variaciones que los experimentos.
• Es preferible una cámara de prueba que sea duradera en el tiempo, especialmente porque la prueba de carbonatación acelerada es un proceso continuo.

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Puedes elegir entre varios tamaños y dos controladores diferentes, dependiendo de si estás realizando de estabilidad o pruebas dinámicas.

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Normas de referencia para las pruebas de carbonatación

Las pruebas de carbonatación acelerada están reguladas por varias normas internacionales que definen los parámetros de funcionamiento, la preparación de las muestras y los criterios de evaluación:

• EN 13295 — Determinación de la resistencia a la carbonatación del hormigón endurecido según el procedimiento estándar europeo (1 % CO₂, 20 °C, 60 % RH).
• EN 14630 — Método para determinar la profundidad de carbonatación mediante el ensayo de fenolftaleína.
• UNI EN 12390-12 — Especificación italiana para ensayos de carbonatación acelerada en hormigón endurecido, bajo condiciones ambientales definidas (3% CO₂, 20°C, 57% RH).
• ISO 1920-12 — Norma internacional para el ensayo de resistencia a la carbonatación del hormigón.
• RILEM TC 56-MHM — Recomendaciones técnicas del comité RILEM para la medición de la profundidad de carbonatación.
• ASTM C1202 : Práctica complementaria para evaluar la permeabilidad a los iones cloruro, que se utiliza a menudo junto con las pruebas de carbonatación.

Preguntas frecuentes sobre la carbonatación del hormigón

¿Cuánto tiempo dura una prueba de carbonatación acelerada?

Un ensayo estándar según las normas EN 13295 o UNI EN 12390-12 suele durar entre 28 y 70 días, con mediciones periódicas de la profundidad de carbonatación. Los ensayos a largo plazo para la validación de formulaciones cementicias especiales pueden extenderse hasta 180 días. La ventaja del ensayo acelerado (con un 3-4 % de CO₂ en comparación con el 0,04 % de CO₂ atmosférico) radica en una reducción de entre 50 y 100 veces en los tiempos de ensayo en comparación con la exposición natural.

¿Cuáles son las condiciones ambientales óptimas para realizar las pruebas?

Las normas convergen en un rango estrecho: temperatura de 20 ± 2 °C, humedad relativa del 57-65 % y concentración de CO₂ del 1-4 %. La humedad es el parámetro más crítico: por debajo del 50 %, la carbonatación se ralentiza por falta de agua para la reacción; por encima del 75 %, los poros del hormigón se saturan y el CO₂ no puede penetrar.

¿Cómo se mide la profundidad de carbonatación?

El método estándar según la norma EN 14630 es la prueba de fenolftaleína: se rompe la muestra y se rocía una solución alcohólica de fenolftaleína al 1% sobre la superficie fresca. La zona no carbonatada (pH > 9) adquiere un color rosa-violeta, mientras que la zona carbonatada (pH < 9) permanece incolora. La profundidad se mide desde el borde exterior hasta la superficie coloreada, en milímetros.

¿Necesita una cámara climática específica o le basta con una habitación con aire acondicionado?

Para realizar pruebas que cumplan con los estándares, se requiere una cámara de carbonatación específica con control simultáneo de CO₂, temperatura y humedad, además de registro de datos. Una camara con climatización controlada no puede controlar la concentración de CO₂ ni mantenerla estable a lo largo del tiempo. Las cámaras de prueba de carbonatación FDM integran un sistema de dosificación de CO₂ con retroalimentación y mantenimiento de la concentración dentro de ±0,2 %.

Fuentes autorizadas

• ISO 1920-12 — Ensayo del hormigón — Determinación de la resistencia a la carbonatación.
• RILEM — Unión Internacional de Laboratorios y Expertos en Materiales de Construcción.
• fib — Federación Internacional del Hormigón Estructural.
• UNI — Organización Italiana de Normalización.