Técnicas para determinar el coeficiente de difusión de cloruros.

Además de analizar el perfil de concentración de cloruros, se puede intentar determinar el coeficiente de difusión de cloruros en el hormigón. La difusión de cloruros en ambiente marino, donde la influencia de los cloruros es prácticamente constante, se puede simular mediante el ensayo de la célula de difusión o el de inmersión. Existen tres técnicas de realización del ensayo43:

a) La célula de difusión: es un ensayo en estado estacionario. Una lámina de hormigón de 2,5 cm de espesor se sitúa entre las dos secciones de un depósito; una parte del depósito se rellena con una solución de una sal apropiada (cloruro) y la otra inicialmente está libre de la misma. Se mide la velocidad de difusión mediante el

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análisis a intervalos regulares de la concentración de la sal en el agua del otro lado del depósito43,86. El coeficiente de difusión se obtiene de:

Dt DC S C l V D B A ∗ ∗ ∗ = , donde: V es el volumen de la solución en A. L es el espesor de la lámina de hormigón. CA es la concentración de cloruros en A.

CB es la concentración de cloruros en B tras un tiempo t. DCB/Dt es la velocidad de variación de CB con el tiempo. S es el área de lámina expuesta a la solución.

b) Inmersión: es un ensayo en estado no estacionario, para lo cual la longitud de las probetas debe ser suficiente como para que las condiciones de estado estacionario no se lleguen a alcanzar durante el tiempo de ensayo. El procedimiento de ensayo viene descrito en la norma ASTM C 154320_{. Se usa el dispositivo “con piscina”.} Consta de un trozo de tubería de PVC colocado sobre una de las bases de la probeta y sellado a ella; se añade la disolución de cloruro, que permanece en contacto con la probeta de hormigón. Se mide la concentración de cloruro (Cx) a diferentes profundidades (x), tras un cierto tiempo (t)43,86. El coeficiente de difusión se obtiene a partir de la ley de Fick:

(

)

C0 = contenido inicial de cloruros en el hormigón. Cs = concentración de cloruros en la superficie en t.

Se recomienda que la medida inicial se realice tras 3 meses de inmersión, y que las siguientes se realicen tras 6 y 12 meses de inmersión; a partir de entonces, a intervalos de 12 meses.

Los resultados de este método no tienen por qué ser iguales que los del ensayo anterior43_{. Según un estudio de laboratorio}144_{, los coeficientes de difusión obtenidos} mediante el ensayo “ponding” se corresponden linealmente bien con el coeficiente

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de difusión en estado no estacionario y con el coeficiente de migración obtenidos en el ensayo de migración acelerada de cloruros.

Como referencia, la calidad del hormigón en función del coeficiente de difusión se puede tomar como43:

Coeficiente de difusión Calidad del

hormigón Evaluación Criterio

Buena Permeabilidad baja D < 1 x 10-12 _m2_/s

Media Permeabilidad media 1 x 10-12 _{< D < 5 x 10}-12 _m2_/s

Mala Permeabilidad alta D > 5 x 10-12 _m2_/s

c) Ensayos acelerados: estos ensayos suponen la aplicación de un campo eléctrico externo a través de la muestra y la medición de determinados parámetros, que se consideran relacionados con el coeficiente de difusión. Estos ensayos proporcionan una medida empírica, que sólo puede emplearse para análisis comparativos43,86. Si el ensayo se realiza de acuerdo con la ASTM C 120218_{, la permeabilidad a cloruros} del hormigón se puede evaluar en función de la corriente eléctrica que pasa a través de la muestra del siguiente modo:

Permeabilidad a cloruros Criterio (culombios)

Despreciable < 100

Muy baja 100 - 1000

Baja 1000 - 2000

Media 2000 – 4000

Alta > 4000

Para el caso de ensayar hormigones con adiciones, es recomendable que la prueba se haga a edades tardías de 90 días o más, debido a que en este período la reacción del Ca(OH)2 con las adiciones minerales ha alcanzado un desarrollo óptimo92.

Los diferentes iones poseen distinta movilidad o conductividad. El ión OH- es el más conductivo, mientras que el ión Cl- tiene entre uno y dos tercios de la conductividad del ión OH-. Por lo tanto, los iones OH- contribuyen más que otros iones a la carga que

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pasa en el ensayo rápido de permeabilidad de cloruros. El ensayo rápido de permeabilidad de cloruros mide la conducción eléctrica de todos los iones y no sólo del ión cloro, debido al elevado voltaje que se aplica. El flujo podría no estar en condiciones estacionarias. Por lo tanto, los resultados podrían no representar la difusión “real” de cloruros en el hormigón84,86,92. Por esta misma razón, cuando se usan adiciones minerales o aditivos como reductores de agua, superplastificantes o inhibidores de corrosión en exceso, pueden presentarse resultados erróneos92. Además, el aumento de temperatura durante el ensayo incrementa la velocidad de conducción de iones y podría cambiar la microestructura, por lo que podría llevar a un resultado exagerado84. También indican algunos autores89 _{que en los ensayos de penetración acelerada de cloruros en el hormigón} se obtiene una cantidad menor de cloruros fijados, en comparación con la exposición a largo plazo a los ciclos de mareas en el mar o a la inmersión en agua de mar. Por lo tanto127, es muy dudoso que el ensayo ASTM C 1202 sea apropiado para calificar el hormigón y para ser utilizado como especificación de proyecto.

Por otro lado, la relación entre los resultados del ensayo acelerado de permeabilidad de cloruros (culombios) y los del ensayo de penetración (por ejemplo, el ensayo sumergido a largo plazo, AASHTO T259) no está clara para los hormigones con adiciones y aditivos84.