Hormigón verde con carbonatación inducida

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La carbonatacion natural del hormigon esta considerado como una patologia, ya que baja el pH y vuelve mas vulnerables a la corrosión a las armaduras. Sin embargo, CarbonCure induce la carbonatación del hormigón en un proceso temprano, al realizar la hidratación del cemento, sin provocar una bajada del pH y mejorando la densidad y fuerza del hormigón. Además hablamos de un hormigón verde, ya que absorve CO2 en su composición y disminuye su huella de carbono
 

El hormigón puede ser sometido a dos tipos distintos de carbonatación. La primera es un proceso natural de carbonatación por encontrarse a la intemperie, esta reacción se produce mediante una exposición prolongada en el tiempo al dióxido de carbono del ambiente.

La segunda forma, es la carbonatación inducida, que implica la utilización de dióxido de carbono en la producción del hormigón, donde estas reacciones se llevan a cabo en el hormigón fresco. La carbonatación puede tener lugar tan pronto el hormigón este mezclado y puede terminar con el curado acelerado (48 horas más tarde)

La carbonatación natural

La carbonatación natural o atmosférica se produce en el hormigón cuando los compuestos de calcio reaccionan con el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y el agua (H2O) en los poros del Hormigón. En primer lugar, el CO2 reacciona con el agua en los poros para formar ácido carbónico (H2CO3). A continuación el ácido carbónico reacciona con los compuestos de calcio contenidos dentro de los productos de hidratación que están presentes en el hormigón maduro, principalmente hidróxido de calcio (típicamente 25 – 50 % en peso de la pasta de cemento). Creando el Carbonato de calcio (CaCO3) de acuerdo con la siguiente reacción química:

Ca (OH) 2 + H2CO3 → CaCO3 + 2H2O

La carbonatación del hormigón hace que el pH caiga por debajo de 13 que puede llegar a bajar hasta 9 con el hormigón completamente carbonatado.  Los hormigones con armaduras ferrosas requieren de un pH alto (alcalino) para garantizar la estabilidad de la capa de protección pasiva de la superficie de las armaduras. La caída del pH provoca que se deteriore esa protección pasiva y las armaduras puedan ser susceptibles a la corrosión. Las armaduras al corroerse aumentan su volumen y pueden crear tensiones internas que causen agrietamiento en la superficie del hormigón.

La carbonatación natural es un proceso muy lento, principalmente aparece en condiciones de moderada humedad relativa Si la humedad relativa es demasiado baja (<40%), entonces no hay suficiente agua en los poros para el CO” pueda disolver el acido carbónico necesario para la reacción. Si la humedad relativa es demasiado alta (>90%) la red de poros está llena de agua e impide la penetración del dióxido de carbono. Cuando la humedad relativa se encuentra en un rango moderado (entre 40 y 90%) las condiciones son ideales para promover una mayor profundidad de carbonatación y por tanto una mayor absorción de CO2.

La carbonatación inducida

La carbonatación inducida o temprana se produce cuando las reacciones de carbonatación se producen junto con el proceso de hidratación del cemento a través de una exposición deliberada del hormigón fresco al CO2. La carbonatación se produce rápidamente y contribuye a generar un hormigón más denso y fuerte. La duración y el método de aplicación del dióxido de carbono varían dependiendo del proceso, pero puede ser tan corto como unos pocos segundos de exposición o tan largo como el curado acelerado inicial.

El mecanismo de la reacción de carbonatación inducida es distinto de la de la carbonatación natural. La reacción general de dióxido de carbono con el silicato tricálcico y fases silicato dicálcico en el cemento fue descrita en 1974 por Young como:

C3S + 3 CO2 + H2O → C-S-H + 3CaCO3 + 347 kJ/mol

C2S + 2 CO2 + H2O → C-S-H + 2CaCO3 + 184 KJ/mol

Estas reacciones son espontáneas y exotérmicas. Si echamos una mirada más de cerca a la reacción de carbonatación inducida en una mezcla de hormigón podemos ver nueve pasos:

1. El CO2 se expande por el aire para alcanzar el hormigón.

2. El dióxido de carbono penetra a través de la porosidad llena de aire de la masa de hormigón.

3. Solvatación de CO2 (g) CO2 (aq) en la fase líquida del hormigón fresco.

4. La hidratación del CO2 (aq) a H2CO3 (paso determinante).

5. Ionización de H2CO3 a H+, HCO3, CO32. La presencia de iones H + hace que el pH del hormigón descienda y pierda su alcalinidad. El pH se puede recuperar con la maduración del hormigón.

6. Disolución del C3S y C2S del cemento. Esto se produce rápidamente, en función del ciclo, y exotérmicamente. Los granos de cemento están cubiertos por una capa suelta de gel de hidrato de silicato de calcio que se disuelve a la liberación de los iones Ca2+y SiO44-.

7. Nucleación de CaCO3 termodinámicamente estable y la formación convencional de gel C-S –H.

8. El CaCO3 precipita en forma sólida. La calcita es el polimorfo preferido.

9. La carbonatación secundaria también se produce, reacción sostenida de dióxido de carbono y la pasta de cemento puede ver en gel C-S-H formado en un proceso paralelo y producir una hidratación de silicato de calcio empobrecido y CaCO3.

Las reacciones de carbonatación inducida pueden involucrar un pH más bajo, ya que usa el calcio que, en conjunto, de otra manera se hidrata para formar hidróxido de calcio y contribuir a pH alto. Sin embargo, la carbonatación inducida no impide el desarrollo a largo plazo de la microestructura del hormigón al madurar. Por lo tanto  el hidróxido de calcio se desarrollará durante la hidratación posterior y el desarrollo pH de la solución de los poros continúa como normal una vez que finaliza la aplicación carbonatación.

La investigaciones más recientes llevadas a cabo han demostrado que un proceso de carbonatación inducida tiene un efecto mínimo en el pH del hormigón maduro.

Aunque los efectos de la carbonatación inducida en las propiedades del hormigón están siendo estudiados por varias partes. En particular, la investigación en curso se está desarrollando un entendimiento sobre el impacto de la carbonatación inducida en retracción a la carbonatación natural durante la vida útil.

 Conclusión

La idea generalizada de que “la carbonatación es perjudicial para el hormigón” tiene sus raíces específicamente en los efectos nocivos de carbonatación natural provoca sobre los refuerzos férreos. Por el contrario, la carbonatación inducida involucra diferentes reacciones químicas que afectan a una microestructura aun inmadura y no afectan al hormigón resultante, sino que contribuye a crear un mejor hormigón y en el aspecto ambiental podemos hablar de un hormigón verde ya que disminuimos considerablemente su huella de carbono

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