Materiales empleados.

El diseño de la parte experimental buscaba aumentar en la p

Tipo de material empleado

Los diferentes trabajos que se encuentran en la bibliografía estudiando el proceso de descalcificación, bien mediante agua desionizada o mediante aceleración con nitrato de amonio, emplean probetas de pasta de cemento o probetas de mortero, siendo más numerosos los trabajos ue emplean probetas de pasta de cemento [4, 106, 121, 124, 127, 129, 130] y existiendo pocas

s, si bien complica con mucho la fabricación de muestras ariando dosificaciones y los procesos de caracterización microestructural, junto con que alarga el

la caracterización microestructural. Por esta razón se ha escogido la utilización de robetas de mortero normalizado para llevar a cabo el proceso de degradación acelerada de esta q

referencias de trabajos que estudien el proceso de descalcificación en hormigón [131, 132].

La utilización de probetas de pasta de cemento tiene la gran ventaja de que facilita la caracterización de los cambios microestructurales que tienen lugar en la matriz de cemento hidratado, al eliminar las posibles interferencias que causen los áridos. Así mismo, los procesos de degradación son mucho más rápidos, al emplear probetas de menor tamaño. En su contra está la fragilidad y fácil fisuración de las probetas de pasta de cemento, así como que no se acerca mucho a la realidad del material empleado habitualmente en la construcción, que es el hormigón. La utilización de hormigón en los procesos de descalcificación permite acercarse al problema que puede tener lugar en condiciones reale

v

tiempo necesario de experimentación.

La utilización de mortero supone una buena solución de compromiso, acercándose a la problemática que tiene lugar en condiciones reales, pero manteniendo unas muestras que facilitan el proceso experimental y

p

investigación

Dosificación y fabricación del mortero

Una de las herramientas a nuestro alcance para poder obtener variaciones microestructurales que nos permitieran estudiar la influencia de diversos factores – microestructura porosa, cantidad de cemento sin hidratar – en el proceso de descalcificación, es la modificación de los parámetros de la

dosificación de los morteros. En la situación abordada en la presente tesis doctoral, se podía modificar la relación a/c y la relación ar/c. Ambas modificaciones introducen variaciones

icroestructurales en el material final, al afectar al contenido de agua disponible para hidratación y

incrementar exponencialmente el número de muestras a analizar. Las dosificaciones mpleadas se muestran en la Tabla 3-1, siendo las mismas dosificaciones para cada tipo de cemento empleado.

Tabla 3-1 - Dosificaciones escogidas pa ción de los morteros.

ela a/

m

a la proporción de matriz cementicia hidratada.

En este caso, únicamente se modificaron las relaciones a/c, seleccionando tres relaciones diferentes: 0.4, 0.5 y 0.6. La variación en el contenido de agua accesible para la hidratación del cemento permite introducir modificaciones en la microestructura de los materiales finales, afectando fundamentalmente al grado de hidratación del cemento y a la microestructura porosa que se desarrollará. Se varió la relación a/c para estudiar el efecto de ésta en el proceso de descalcificación y para no e ra la fabrica R ción c Cons ) C tituyente (g 0.4 0.5 0.6 emento 450 450 450 Arena 1350 1350 1350 Agua 180 225 270

Los materiales fabricados fueron probetas prismáticas de mortero normalizado de acuerdo a las condiciones recogidas en la norma UNE-EN 196-1 [133]. Una vez finalizado el proceso de amasado y compactación, las diferentes amasadas fueron conservadas durante 24 horas en sus moldes, en una ámara climática (96% HR / 20º C). Tras el desmoldado, las probetas fueron curadas a 20º C,

ediante inmersión en agua desionizada saturada de hidróxido cálcico, durante 28 días. c

Características del árido empleado

La inclusión de los áridos produce variaciones microestructurales, si comparamos las características de la matriz cementicia de una pasta de cemento y de un mortero u hormigón, tal y como se indicó en el apartado 2.1.4 y 2.4.2. Junto con estas cuestiones, las características del árido empleado pueden interferir en el proceso de descalcificación, como es el caso de áridos calcáreos, en los que

l árido se disuelve y modifica el proceso de descalcificación [134].

cas físico-químicas de la arena permiten segurar que ésta no influirá en el proceso de degradación.

s y contenidos de adición, dos ellos comerciales. Los cementos empleados fueron los siguientes:

e

La investigación realizada buscaba focalizar los efectos del proceso de descalcificación en la matriz de cemento hidratada. Por tanto se buscó un árido cuarzítico resistente al proceso de descalcificación, para la fabricación de las probetas de mortero. La arena empleada en la fabricación de las muestras de análisis es una arena normalizada, producida y suministrada por el Instituto de Ciencias de la Construcción “Eduardo Torroja”. Es una arena natural silícea, lavada, exenta de sales y materia orgánica, compuesta mayoritariamente por cuarzo, al no identificarse otro tipo de compuestos, ni fases cristalinas en el análisis de difracción de rayos-X. Su porosidad es inferior al 0.5 % y tiene una densidad de 2.625 g/cm3. Las característi

a

Características de los cementos empleados

Una de las carencias detectadas en la bibliografía consultada, indicada ya en el apartado 1.2, es el estudio del proceso de descalcificación empleando varios tipos de cementos, con diferentes tipos de adición y en diferente cantidad, para estudiar las variaciones que esto provoca en los efectos del proceso de degradación [66, 121, 124]. En este sentido, para abordar la presente tesis doctoral se seleccionaron 5 tipos diferentes de cemento, que poseen diferentes tipo

to

• CEM I SR 42.5R: se trata de un cemento portland con adición de filler calizo. • CEM II/A-V 42.5R: cemento con adición de cenizas volantes silíceas y filler calizo • CEM II/B-M (V-L): cemento con adición de cenizas volantes silíceas y filler calizo • CEM III/B SR/BC 32.5N: cemento con adición de escoria de alto horno.

• CEM IV/B (V) 32.5N: cemento con adición de cenizas volantes silíceas y filler calizo.

egmentado), refrigerado con agua. En total se obtuvieron 12 muestras de análisis de cada amasada:

• 3 muestras de análisis fueron conservadas en desecador, para disponer de muestras patrón.

nal. En Figura 3-1 puede verse el resultado de la impregnación en una de las muestras de análisis.

Preparación de muestras para el proceso de degradación acelerada

Una vez obtenidas las muestras de mortero, uno de los objetivos del diseño experimental fue definir el tipo de muestra a emplear. Se utilizaron muestras cúbicas de aproximadamente 40 mm de lado, obtenidas mediante corte con disco de diamante de las probetas prismáticas de mortero. Para ello se empleó una cortadora de mampostería portátil, modelo Dimas TS 350 F-02, equipada con un disco de diamante Husqvarna GS 30 (diámetro del disco, δ = 350 mm, espesor del disco, e = 5 mm; borde s

• 8 muestras de análisis fueron destinadas al proceso degradación acelerada. • 1 muestra de análisis fue destinada para la caracterización del estado a t = 0.

En el apartado 2.6.3 se mencionó la necesidad de que los fenómenos de degradación fueran unidimensionales, para que fuera de aplicación la 2ª ley de Fick. Por tanto hay que limitar al menos a dos dimensiones el proceso de degradación, para así facilitar la caracterización microestructural y la posterior modelización. Para conseguir este propósito, se aplicó un revestimiento protector a base de resina epoxy a las muestras seleccionadas para el ensayo de degradación acelerado, de cara a limitar el proceso de degradación a un plano de ataque en vez de tener un ataque tridimensio

Figura 3-1 - Resultado de la impregnación de las muestras de análisis.

Se utilizó una resina epoxy de dos componentes, marca Sikaguard 62, de la casa Sika. Se escogió icos diversos, según las aracterísticas suministradas por la propia empresa. Se aplicaron dos manos de resina en las caras

.1.3 Desarrollo experimental del proceso de degradación acelerada.

Cada una de las amasadas fue sometida al proceso de degradación acelerada de modo independiente. Así, se introducían las 8 muestras de análisis de cada amasada, correspondientes a cada tiempo de ataque, en un recipiente de plástico transparente. Las muestras quedaban suspendidas en el interior del recipiente, por medio de hilo de nylon. En la tapa del recipiente se realizaron dos agujeros: un agujero central, para introducir la barra agitadora y otro agujero, para introducir las sondas de medida de pH y temperatura. En la Figura 3-2 puede verse un ejemplo del montaje experimental.

esta resina dado que presenta unas excelentes resistencias a productos quím c

de corte de las probetas.

Las muestras de análisis permanecieron sumergidas en agua desionizada durante las 48 horas previas a que fueran sometidas al proceso de degradación acelerada. De este modo se lograba asegurar que cada muestra se encontrara saturada y que no se dieran fenómenos de succión capilar, asegurando que el único mecanismo de transporte presente durante el proceso sería la difusión.

Figura 3-2 - Montaje experimental para el proceso de degradación acelerada.

Medio agresivo empleado

El medio agresivo empleado fue una solución semisaturada de nitrato de amonio. Para la preparación de las soluciones agresivas se empleó nitrato de amonio, de calidad analítica ACS, suministrado por la casa Scharlau y agua desionizada. En cada solución agresiva la concentración de nitrato de amonio era de 460 gr/L; esta concentración, que es aproximadamente la mitad de la cantidad necesaria para alcanzar el límite de solubilidad, es similar a la utilizada por otros autores [121].

El volumen total de medio agresivo empleado por cada recipiente de degradación fue de 6 litros de solución agresiva, lo cual permite tener una relación vM_.agresivo vMuestra =11. Teniendo en cuenta la

concentración de nitrato de amonio en la solución agresiva y la relación de volúmenes, el medio agresivo no se agotará durante el periodo que dure el proceso de degradación acelerada [126].

Cada medio agresivo se preparaba de forma previa al inicio del proceso de degradación acelerada para cada amasada. Con 48 horas de antelación se procedía a la disolución de la cantidad de nitrato de amonio necesaria (2760 gr por cada medio agresivo), dejando durante ese tiempo la solución agresiva en los recipientes de degradación. Durante ese tiempo, se monitorizaban las variaciones de

pH y temperatura del medio, así como se mantenía una agitación constante, para garantizar la homogeneidad del medio de modo previo al inicio del proceso de degradación.

Monitorización del pH y la temperatura

Durante los primeros 4 días de inmersión de las muestras de análisis en la solución agresiva se realizaba una monitorización en continuo del pH y de la temperatura, tomando medidas a cada minuto. Para ello, se empleó una tarjeta de adquisición de datos DrDAQ de Pico Technology, que permite la medida en continuo y su almacenamiento en PC, vía puerto paralelo. El sensor de temperatura empleado operaba en el rango 10º a 105º C, con una resolución de 0.1º C y una precisión de 0.3º C a 25º C. El sensor de pH empleado era un electrodo de pH de campo, de cuerpo robusto a base de resina epoxy, con un rango de medida de 0 a 14 y una resolución de 0.02 unidades de pH; para su calibración se emplearon disoluciones patrón Panreac de pH 4.00, 7.02 y 9.26. A partir del quinto día, se realizaban medidas puntuales del pH y la temperatura (2 al día).

Monitorización del contenido de calcio

El contenido de calcio de las disoluciones agresivas fue controlado desde el momento previo a la introducción de las probetas hasta la finalización del ensayo. De modo general, se extraían dos alícuotas de disolución por día, cada una con un volumen de 10 mL. Tras la extracción de las alícuotas se reintroducía un volumen igual de disolución agresiva, para mantener el volumen total del medio agresivo constante.

Para la determinación del contenido de calcio se desarrolló una metodología de análisis específica, mediante una variación del método especificado en la norma UNE 77040 [135] y basándonos en la metodología descrita en la norma UNE-EN 196-2 [136]. La base del método es la valoración complexométrica del calcio en disolución, mediante la adición de la sal disódica del ácido etilendiamino-tetracético (abreviadamente AEDT), que forma un compuesto químico muy estable con el calcio y la adición de un colorante que permite determinar el punto final de la valoración. Como colorante se empleó una disolución etanólica de Negro de Eriocromo T (NET; aproximadamente 1%). Al adicionar este colorante y en presencia de calcio en solución, la disolución toma un tono rojo vino. Cuando todo el calcio ha sido complejado por el AEDT, la

disolución torna a un tono azul, indicando el punto final de la valoración. Para que la valoración tenga lugar de forma satisfactoria, es necesario realizar un acondicionamiento previo de la muestra:

• En primer lugar es necesario acondicionar el pH de las muestras. Para que la valoración tenga lugar en condiciones adecuadas, el pH del medio ha de ser superior a 10. Para ello se adicionaron 5 mL de disolución tampón NH4/NH3.

• Los presencia de Fe3+

y Al3+ en disolución puede interferir en la valoración, por lo que se adicionan 5 mL de disolución de Trietanolamina, que enmascara ambos iones.

• Tiene que estar presente el ión magnésico para obtener un viraje satisfactorio en el punto final. Para esto, se añadieron unas gotas de disolución de Complexón Magnesio, que es una sal de magnesio y AEDT, complexométricamente neutra. De esta forma, se introduce suficiente magnesio y así se evita la necesidad de la corrección con un blanco.

La valoración se llevó a cabo en un equipo automático Mettler Toledo DL50 Graphix, equipado con una fotosonda DP550. En la Figura 3-3 se muestra el valorador empleado. Todos los reactivos empleados en la preparación de disoluciones eran de calidad ACS y se prepararon siguiendo procedimientos analíticos de laboratorio. En todos los casos se empleó 1 mL de muestra, realizándose tres réplicas del análisis por cada muestra. Aparte de las operaciones de acondicionamiento anteriormente indicadas, el volumen total se completaba hasta 50 mL con agua desionizada y justo antes de comenzar la valoración se adicionaban 80 µL de la disolución de NET.