Cemento aluminoso, carbonatación y aluminosis

según wiquipedia

Cemento aluminoso

El cemento aluminoso es un tipo de cemento en cuya fabricación se emplean caliza y bauxita, calentándose hasta los 1600 °C (estado líquido) enfriándose rápidamente y pasando por un proceso de molido.

Antes de hidratarse, el cemento aluminoso está compuesto por alúmina (Al2O3) y cal (CaO) ambas al 40%. Se combinan con agua dando aluminato cálcico hidratado.

Plantean problemas porque el ACH10 (hexagonal) es inestable y se transforma en C3AH (cúbico) que reduce volumen, perdiendo resistencia. Esta transformación empieza a los 28 días y en un año se ha producido casi totalmente. Tiene una velocidad de hidratación altísima, fraguado en 1-2 horas y adquisición de resistencias totales a las 24 horas. Producen un elevado calor de hidratación.

Se usa en hornos (soporta hasta 1600 °C), hormigones refractarios, prefabricados y obturaciones de agua debido a la rapidez de fraguado y a su alta resistencia a las aguas agresivas. No debe emplearse en estructuras.

Carbonatación

Para la disolución de dióxido de carbono en agua, véase Carbonización.

La carbonatación es una reacción química en la que el hidróxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono y forma carbonato cálcico insoluble:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Corrosion de armadura inducido por carbonatación

La carbonatación es un proceso lento que ocurre en el hormigón, donde la cal apagada (hidróxido cálcico) del cemento reacciona con el dióxido de carbono del aire formando carbonato cálcico. Esta reacción, necesariamente se produce en medio acuoso, ya que el dióxido de carbono reacciona con el agua formando ácido carbonico, ya que éste reaccionará con el hidróxido de calcio, obteniendo como resultado el carbonato de calcio y agua. Dado que la carbonatación provoca una bajada de pH (ácido) esto puede llevar a la corrosión de la armadura y dañar la construcción.

Aluminosis

Se denomina aluminosis, a la lesión del hormigón que se manifiesta especialmente en las viguetas de los forjados de los edificios, por la cual el hormigón utilizado pierde sus propiedades haciéndose menos resistente y más poroso, poniendo así en peligro la estabilidad del edificio.

Esta lesión se debe al cemento aluminoso (CAC-R) empleado en la fabricación de algunas viguetas, ya que fraguaba más rápidamente que los cementos tradicionales, reduciendo el tiempo de almacenaje en fábrica. Este cemento lleva una alta concentración de alúmina, lo que le provoca cambios químicos ante determinados agentes, alterando sus propiedades. A altas temperaturas y humedades altas la estructura de este cemento pasa de hexagonal a cúbica, esta última más densa. Esto hace que las partículas de cemento ocupen menos y por tanto la estructura global adquiera una mayor porosidad, con lo que pierde resistencia mecánica.

Los agentes que actúan son atmosféricos, encontrando mayor incidencia de casos en climas marítimos con ambientes salinos y zonas industriales con ambientes contaminantes. También es habitual encontrar aluminosis asociada a filtraciones por la presencia constante de humedad a través de las fisuras aparecidas en cubiertas, por lo que es frecuente la aparición de la patología en forjados de cubierta, más expuestos que los interiores. En cualquier otra situación la vigueta funciona normalmente.

En España se empleó especialmente este cemento entre 1960 y 1970 en pleno auge de la construcción. El caso más famoso de aluminosis en España es el del Estadio Vicente Calderón, construcción especialmente vulnerable por su situación próxima al río Manzanares (aumento de humedad) y a otros agentes químicos (tráfico de la M-30). En lugar de ser derruido, como medida de seguridad fue restaurada su estructura. Por otra parte, algunos edificios situados en la costa mediterránea en cuya construcción se usó este tipo de cemento, sobre todo en la ciudad de Barcelona, tuvieron que ser derribados como medida preventiva.

Las vigas fabricadas con cemento aluminoso que no están expuestas a la humedad en muchos casos no desarrollan esta afección aunque es aconsejable hacer una inspección visual cada varios años.

Actualmente los sistemas de vigas mecanizadas que se sitúan bajo las vigas defectuosas permiten corregir esta patología de una manera sencilla aunque, en el caso de las viviendas de particulares, resulta un procedimiento algo aparatoso.

De costrupedia:

Cemento Aluminoso

El Cemento Aluminoso se obtiene por la fusión de una mezcla de Caliza y Bauxita en determinadas proporciones, pulverizando el producto resultante , que deberá tener más del 32% de alúmina y menos del 20% de óxido de Hierro.

Suele tener un color muy oscuro y una gran finura de molido. Es de una gran estabilidad de volumen. La duración del fraguado es análoga a la del Cemento Portland, es decir, lenta, puesto que no empieza hasta un par de horas después de haber sido amasado; pero suele terminar antes, alrededor de las cuatro horas.

Sus propiedades más interesantes son la resistencia a corto plazo, a los ataques de ácidos y a los ambientes agresivos ( sulfatosos y marinos ). Las reacciones del fraguado del Cemento Aluminoso desprenden mucho calor, por lo que también son importantes para hormigonados en zonas muy frías.

En este cemento se puede producir la aluminosis (que se puede dar cuando existe un ambiente continuado de humedad y la temperatura es elevada -más de 25ºC-) en la que se produce la conversión de aluminatos hexagonales en cúbicos, afectando dicha transformación a la porosidad y resistencia de mecánica: el hormigón se vuelve más poroso y la resistencia puede llegar a reducirse hasta un 75%.

Si se da la conversión del cemento aluminoso y además se produce la carbonatación (reacción del dióxido de carbono del aire con la parte alcalina del cemento dándose una reducción del ph) en presencia de humedad se facilita la corrosión provocando los daños relacionados en el apartado anterior e incluso el colapso de la estructura por la pérdida de sección de las armaduras.

Aluminosis

Se denomina Aluminosis a la alteración progresiva del hormigón en cuya fabricación se ha empleado Cemento Aluminoso, que provoca la pérdida de firmeza en las estructuras en que se ha utilizado.

El uso de Cemento Aluminoso era muy frecuente, principalmente en países europeos, entre los años 1950 y 1980. Después de unos años, los edificios de determinadas zonas geográficas o características medioambientales en los que se empleó pusieron de manifiesto daños graves, localizados principalmente en los forjados, ya que fueron las viguetas pretensadas los elementos en los que se generalizó la utilización de este cemento.

Actualmente, y debido a la pérdida de resistencia mecánica en determinadas situaciones medioambientales, el uso de Cemento Aluminoso está prohibido para elementos estructurales.

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Daños Producidos

El daño más importante es la oxidación o corrosión de las armaduras, lo que provoca en los elementos afectados, tales como viguetas, manchas de óxido, fisuras, flechas o deformaciones, desprendimiento de recubrimientos, pérdidas de sección del acero, etc.

En forjados, debido a la corrosión de la armadura de las viguetas, pueden producirse también la rotura por cortante cerca de los apoyos y rotura a flexión.

Ello puede provocar el colapso de la estructura.

Siendo la humedad un factor que interviene directamente en el fenómeno de corrosión, las patologías van a presentarse en los elementos que estén más expuestos a la misma: baños y cocinas, donde existe mayor condensación, en elementos a la intemperie en zonas costeras, donde además la presencia de cloruros de la sal aceleran el proceso de corrosión de la armadura, forjados sanitarios no ventilados u otros afectados por roturas de bajantes, o tuberías, filtraciones, etc.

Diagnóstico

Identificar si el cemento empleado es aluminoso, mediante una inspección visual detallada del color: el hormigón de cemento aluminoso es ocre o marrón muy oscuro. También deberán efectuarse ensayos cualitativos, ensayos químicos y ensayos de difracción de rayos X, mediante los cuales se analizará la presencia o no de distintos elementos o compuestos propios del cemento aluminoso.

Evaluar la seguridad residual de la estructura, analizando si aparecen grietas, manchas de óxido, deformaciones, flechas excesivas o pérdidas de sección, pudiendo realizar alguna cala para observar directamente la armadura.

Comprobar si el hormigón está o no carbonatado (método de la fenolftaleína), aunque pueden existir estructuras que estén en un ambiente de humedad permanente y no estén carbonatadas, por lo que sus armaduras no presentan signos de corrosión.

También puede darse el caso de que el hormigón esté carbonatado pero en el ambiente en el que se encuentra expuesto no exista una humedad que provoque la corrosión, no estando en peligro la estructura al no haberse producido una pérdida de sección de la armadura.

Medición de la velocidad de corrosión con la que, junto con la pérdida de sección de la armadura, se podría llegar a calcular la vida residual del elemento afectado. Ésta dependerá de la resistencia mecánica del hormigón, la sección de las armaduras y el grado de fisuración, que puede haber afectado a la adherencia del acero y el hormigón.

Tratamiento

Si no se encuentran indicios de que exista corrosión y el hormigón se encuentra transformado, habrá que evitar que las condiciones de humedad varíen para que no se facilite el proceso.

Si las armaduras están limpias de óxidos pero el hormigón no está completamente transformado, habrá que considerar que la oxidación va a aparecer, por lo que habría que mantener el ambiente siempre seco (humedades inferiores al 60%).

Si en cambio se detectan fisuras en el recubrimiento o manchas de óxido, se ha de comprobar si la corrosión es parcial o generalizada.

Analizado el estado de la estructura se estudiará la solución final de reparación, bien reforzando la misma, sustituyendo los elementos dañados, o llevando a cabo su demolición, en cualquier caso previo apuntalado del edificio, ya que el colapso podría ser inmediato.