La reacción química entre componentes alcalinos en el cemento (u otras fuentes) y ciertos componentes silíceos reactivos en el agregado puede producir un gel que en presencia de humedad se expande y produce grietas en el concreto. Para la durabilidad de las obras se debe seleccionar el cemento adecuado a los requerimientos de desempeño del concreto según su uso y ambiente de exposición.
Figura 1: Inspección través de microscopio de petrografía de concreto. Fuente: Argos.
Es una reacción química entre componentes alcalinos -óxidos de sodio (Na) y potasio (K)- presentes en el cemento o provenientes de otras fuentes, y ciertos componentes silíceos reactivos que pueden estar presentes en el agregado grueso o fino dentro de la pasta de cemento, produciendo un gel expansivo.
Cuando el gel de álcali-sílice absorbe humedad, este se expande y eventualmente produce grietas en los agregados, así como en la pasta de cemento en el concreto, por lo que se puede considerar potencialmente dañina.
Las manifestaciones de daño de una estructura o elemento estructural, por efecto de la expansión van desde fisuras, desprendimientos, incremento en volumen, desalineamientos e inclusive daños colaterales, y su severidad depende de la condición de exposición, presencia de humedad y características o complejidad de las formaciones de sílice tales como su forma y estructura entramada.
Debido a lo anterior, se debe controlar tanto el álcali del cemento, como el potencial de reactivad álcali – sílice de los agregados a partir de su estructura mineralógica, para determinar los requerimientos de control o mitigación de una reacción.
Es un cemento hidráulico que por su composición química cumple con un requerimiento especial de desempeño relativo a la reducción de expansiones en presencia de agregados álcali- sílice reactivos, o baja reactividad con agregados reactivos álcali – sílice (evaluado con el Método de Ensayo ASTM 227 Expansión de Mortero.)
Por lo anterior puede actuar como agente mitigador de la aparición y desarrollo (expansión) del gel originado por la presencia de álcalis de cemento y de otras fuentes, y por la presencia de compuestos de sílice en algunos agregados, reduciendo o impidiendo que dicho gel genere las expansiones, así como su migración y generación de daños en una estructura de concreto.
Los cementos especificados por desempeño en la Norma ASTM C 1157, así como los cementos mezclados y clasificados por su composición química en la ASTM C 595, contienen adiciones minerales cuya función se puede resumir en su aporte al proceso de hidratación como una combinación química y mecánicamente efectiva para el logro de un desempeño en el concreto.
La reducción de expansiones o baja reactividad se obtiene en cementos de diferentes desempeños mecánicos o desarrollo de resistencias; lo anterior es posible si su composición química y parámetros físicos lo permiten.
Figura 2: Normativa ASTM de Cementos. Fuente: elaboración propia.
Este tipo de cemento es clasificado según la Norma ASTM C 1157 como Cemento Opción R, donde la letra R es utilizada en su denominación para identificar el requerimiento adicional relativo a la baja reactividad.
En el proceso de especificación, cuando se identifica que se usará un agregado previamente evaluado con potencial de reacción álcali - agregado a partir de la examinación petrográfica, método químico o método de evaluación en barra de mortero con cemento estándar (Portland puro).
Figura 3: Métodos de ensayo para evaluación o calificación de un agregado respecto a su potencial de reacción ante los álcalis. Fuente: elaboración propia.
El método de evaluación de la ASTM 1260 es un ensayo acelerado, que puede incrementar el daño (expansiones resultantes en la barra) por efecto de la alta temperatura, alta alcalinidad y tamaño del espécimen en comparación con las condiciones reales.
Por esta razón, después de esta evaluación, se debe verificar la eficacia del cemento con requisito R, como uno de los métodos de mitigación, a partir de los siguientes ensayos:
Figura 4: Métodos de ensayo para evaluación del mecanismo de mitigación. Fuente: elaboración propia
El resultado de estas evaluaciones determinará el mecanismo óptimo de mitigación, que incluye desde la selección del cemento, el uso de otras adiciones (MCS) y un diseño óptimo de la mezcla (agua, aditivos y volumen de pasta). Consideraciones adicionales para su uso y aplicación
La selección del tipo de Cemento R depende de otros requerimientos de desempeño del concreto según su uso, por lo cual es recomendable conocer requisitos de desempeño como desarrollo de resistencias esperado y ambiente de exposición, con el fin de hacer la selección adecuada.
El desempeño del concreto depende de varios factores tales como las características de otros materiales, el diseño de mezcla, la producción, protección, curado y condiciones ambientales o de exposición, por lo cual siempre se recomienda la realización de pruebas de laboratorio de manera comparativa.
Existen muchos mecanismos de mitigación del daño potencial por uso de agregados álcali-sílice reactivos, sin embargo, el uso de un cemento de baja reactividad en el diseño en la producción de concretos estructurales es una manera de utilizar el medio de mitigación de manera integral en el diseño de la mezcla, que reduce riesgos o la preocupación por el agrietamiento debido la reacción álcali-sílice, ya que inhibe las expansiones que deterioran el concreto por este fenómeno.
Un cemento diseñado para el cumplimiento de requisitos de desempeño relacionados con su comportamiento mecánico y expansiones por presencia de álcalis, aporta también al desempeño relacionado con calor de hidratación y expansiones por sulfatos, que al ser utilizado con un diseño de mezcla de concreto adecuado así como de bajos calores de hidratación, ofrece beneficios para la durabilidad de la estructura y permite cumplir requisitos adicionales de desempeño como la permeabilidad al agua o a los cloruros según el ambiente de exposición.
Dado que el cumplimiento del desempeño esperado es lo que gobierna la selección y aceptación de este tipo de cemento, no se requiere especificar o limitar el uso de cementos clasificados por composición química y sus constituyentes, ya que permite el uso de adiciones minerales normalizadas que por su funcionalidad aportan al desempeño del cemento en los aspectos antes mencionados de desarrollo de calor de hidratación y control de expansiones, que de otra forma se esperan o se obtiene en alguna medida con cementos Portland con características químicas especiales.