Estudio de la durabilidad en hormigones con áridos reciclados. Aspectos relativos a la penetración de agua y de cloruros

Abstract

El hormigón, debido a su resistencia y bajo coste se convirtió, desde hace tiempo, en el material de construcción predominante. La fabricación del hormigón, ligada al constante crecimiento del sector construcción, demanda cada vez mayores cantidades de recursos naturales que la hacen insostenible desde el punto de vista ambiental. Además, aunque los residuos de este material son considerados inertes, estos se generan en cantidades que superan a las de residuos provenientes de otras industrias. Una de las alternativas que podría hacer del hormigón un material más sostenible es la utilización de áridos reciclados provenientes de los residuos de construcción y demolición de otras estructuras de hormigón. Sin embargo, la utilización de este tipo de áridos tiene repercusiones en las principales propiedades del mismo, las cuales, demandan mayores cantidades de cemento para ser similares a las del hormigón fabricado con áridos naturales, lo que podría afectar la durabilidad y los costes de la estructura. Además, la fabricación de cemento genera grandes cantidades de dióxido de carbono, un importante gas de efecto invernadero. Un novedoso método de dosificación llamado “Volumen de Mortero Equivalente” resuelve este problema ya que considera el mortero adherido en los áridos como parte integral del mortero requerido en el nuevo hormigón, reduciendo así las cantidades de cemento necesarias para la fabricación de hormigones con áridos reciclados. Como consecuencia directa de lo innovador del método, se plantea estudiar las propiedades de durabilidad del hormigón, especialmente las relativas al transporte de agua y humedad, y la penetración de cloruros en hormigones fabricados con áridos reciclados bajo este método de dosificación y otros tradicionales, y compararlas con las de un hormigón control fabricado con áridos naturales. Para tal fin se llevó a cabo una campaña experimental constituida por dos ensayos de transporte de agua y humedad ya que estos representan los principales medios a través de los cuales penetran agentes agresivos para el hormigón o las armaduras embebidas. Además, se realizaron dos ensayos concernientes a uno de los principales mecanismos de deterioro de las armaduras y reducción de la vida útil de las estructuras, que es la penetración de cloruros. Dentro de los ensayos de transporte de agua y humedad se incluye el de succión capilar y secado, a través del cual se pueden determinar parámetros como el de la densidad, la absorción y la porosidad a partir de datos obtenidos de los procesos de absorción de agua del hormigón en relación con el tiempo y pérdida de masa como resultado de un proceso de secado unidimensional de los especímenes inicialmente saturados. Además se llevó a cabo un ensayo de adsorción/desorción a través del cual pueden determinarse los mismos parámetros mediante la medición del incremento y pérdida de masa del espécimen como una función del tiempo, por captación o liberación respectivamente, de humedad del ambiente. Los aspectos relativos a la penetración de cloruros se evaluaron mediante los ensayos de fijación de cloruros y difusión de cloruros. El primero tiene como objetivo principal determinar y comparar las capacidades de fijación química y física de cloruros de los hormigones con áridos reciclados y naturales mediante la incorporación de cloruros posteriormente a la hidratación del cemento. Por otro lado, el ensayo de difusión de cloruros tiene como propósito determinar la resistencia a la penetración de cloruros por difusión pura en los hormigones endurecidos y saturados, a partir de los perfiles de penetración de cloruros, el coeficiente de difusión de cloruros efectivo, y las condiciones de contorno de la superficie expuesta. De los estudios de transporte de humedad se obtuvieron diversos resultados concluyentes que apuntan a que el hormigón reciclado diseñado con la nueva metodología alcanza propiedades de durabilidad similares a las del hormigón con áridos naturales, mientras que el hormigón reciclado diseñado con metodologías clásicas muestra un comportamiento ligeramente distanciado de los otros dos tipos y que permite deducir que su rendimiento en aspectos asociados a la durabilidad podría ser inferior. De igual forma, los ensayos realizados con cloruros indican que en el hormigón reciclado por el método del volumen de mortero equivalente, tanto la fijación como la penetración de cloruros por difusión pura son similares a las del hormigón convencional, y mayores en el hormigón reciclado por métodos clásicos.

Because of its strength and low cost, concrete has long been the predominant building material. The manufacture of concrete, linked to the constantly growing construction sector, demands large quantities of natural resources that makes it unsustainable from the environmental point of view. In addition, although concrete waste is considered inert, it is generated in amounts that exceed those from other industries. One of the options that could make concrete a more sustainable material is the use of recycled aggregates from construction and demolition waste (CDW) from other concrete structures. However, the use of this type of aggregates has consequences on the main properties of concrete, therefore larger amounts of cement are needed in order to be similar to those with natural aggregates, but it could affect the durability and cost of the structure. Moreover, the manufacture of cement generates big amounts of carbon dioxide, an important greenhouse gas. A novel dosing method called "Equivalent Mortar Volume" solves this problem since it considers the mortar adhered in the aggregates as an integral part of the required mortar in the new concrete, thus reducing the quantities of cement required for the manufacture of concrete with recycled aggregates. Due to the novelty of the method, it is proposed to study the durability properties, especially those related with the transport of water and moisture, and chloride penetration into the concrete made with recycled aggregates under this dosing method and other traditional ones, and compare them with a concrete made with natural aggregates. To this end, an experimental campaign was carried out consisting of two moisture transport tests, as it represents the main media through which aggressive agents penetrate into the concrete, as well as two tests to measure the penetration of chlorides, which is one of the main mechanisms of deterioration of the reinforcement and reduction of the lifetime service of the structures. The moisture transport assessment includes the capillary suction and drying test to determine some parameters such as density, absorption and porosity from the absorption ratio of the concrete as a function of the time and subsequently the loss of mass as a result of a one-dimensional drying process of the initially saturated specimens. In addition, the adsorption/desorption test was carried out, through which the same parameters can be determined by the measurement of increase and loss of mass of the specimen as a function of time by uptake or release humidity from/to the environment. The chloride penetration was assessed through chloride binding and chloride diffusion tests. The first one aims to determine and compare the chemical and physical chloride binding capacities of concretes made with recycled and natural aggregates through the incorporation of chlorides after the cement hydration. On the other hand, the chloride diffusion test seeks to determine the chloride penetration resistance by pure diffusion in hardened and saturated concretes from the chloride profiles, the effective chloride diffusion coefficient and the boundary condition at the exposed surface. From the moisture transport tests have been obtained several results that suggest that the recycled concrete designed with the new methodology and the concrete with natural aggregates reach similar durability properties, whereas the recycled concrete designed with classic methodologies show a slightly detached behavior from the other two types and it allows to deduce that its performance in terms of durability could be worst. Similarly, the tests carried out with chlorides indicate that in the recycled concrete designed by the Equivalent Mortar Volume method, both the chloride binding and the penetration of chlorides by pure diffusion are similar to those of conventional concrete, and higher in the recycled concrete designed by classical methods.