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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 Chile
Centro de investigación, Desarrollo e Innovación en Estructuras y Materiales
IDIEM
05 DE NOVIEMBRE DE 2013
Introducción
Este 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 nacional
En 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 ASR
En la solución del poro del hormigón
predomina 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 gel
compuesto 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 ASR
1. Suficiente cantidad de sílice reactiva en
los áridos.
En
Chile
tenemos
áridos
potencialmente reactivos.
reactivos
y
Condiciones para tener daño por ASR
2. Suficiente contenido de álcalis en el
hormigón.
Las fuentes de álcalis pueden ser las siguientes:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Cemento
Adiciones (escorias, puzolanas, cenizas, entre otras)
Áridos
Aditivos
Fuentes
externas
(agua
de
mar,
sales
descongelantes, otras)
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.
La falta de cualquiera de estas tres
condiciones evita la ocurrencia de la
reacción álcali sílice.
Síntomas de ASR en el hormigón
Caracterización Microscópica
Microscopía estereoscópica
Microscopía petrográfica
Microscopía de fluorescencia
Microscopía electrónica de barrido (SEM)
con detector EDX
⑤ Microscopía de rayos X.
①
②
③
④
Microscopía óptica (estereoscópica y
petrográfica en áridos y en hormigón)
Microscopía estereoscópica en hormigón
La 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 hormigón
La 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 hormigón
La micrografía muestra presencia de gel de sílice alrededor de un poro
de una muestra de hormigón (IDIEM 2013). Metalizado: oro (Au).
Microscopía SEM en hormigón
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
Difracción de rayos X
Uno 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 BlastFurnace 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 PP65-11
1. 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 PP65-11
2. Selección de medidas preventivas. Dos enfoques para la
selección:
a. Comportamiento: Basado en ensayos de Laboratorio , ASTM C1567 y
ASTMC1293
a. 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 Chile
En 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 hormigónRequisitos.
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.
Normas en Chile
•
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.
Información histórica de obras similares
Contenido de álcalis del cemento menor que 0,60%.
Resultados de ensayo ASTM C227
Resultados de estudios especiales que permitan uso
a)
b)
c)
d)
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.