Carbonatación en el Concreto: Consejos y Técnicas Efectivas

¿Qué significa carbonatación?

La carbonatación es la reacción química entre el dióxido de carbono presente en el aire y los compuestos de hidratación del cemento en las estructuras de hormigón. La tasa de carbonatación depende de las características físicas como el diseño, la preparación en el sitio, la producción y la protección, así como de factores externos, como la ubicación y el grado de exposición a los contaminantes y otros factores ambientales. La carbonatación puede provocar la corrosión del acero de refuerzo y el deterioro de las estructuras de hormigón.

La construcción de edificios y estructuras es un proceso complejo que requiere una atención meticulosa a numerosos factores para garantizar la calidad y la durabilidad a largo plazo. Uno de los problemas comunes que puede afectar la integridad de las construcciones es la carbonatación. En este artículo, exploraremos qué es exactamente la carbonatación, cómo puede afectar los materiales de construcción y las medidas que se pueden tomar para prevenir y tratar este fenómeno.

La carbonatación es un proceso químico que ocurre cuando el dióxido de carbono presente en el aire reacciona con los componentes alcalinos de los materiales de construcción. Específicamente, la carbonatación ocurre cuando el CO2 penetra en la superficie de los materiales y reacciona con el hidróxido de calcio (cal) presente en el cemento. Esta reacción produce carbonato de calcio, agua y otros subproductos.

La principal causa de la carbonatación es la exposición prolongada de los materiales de construcción al aire y al dióxido de carbono. A lo largo del tiempo, la carbonatación puede penetrar en profundidad en los materiales, lo que afecta su estructura interna y propiedades mecánicas.

Cómo es el Proceso de Carbonatación

El proceso de carbonatación es un proceso químico que implica la adición de dióxido de carbono (CO2) a un líquido. Este proceso se utiliza comúnmente para crear bebidas carbonatadas, como refrescos, cerveza y agua con gas.

El proceso de carbonatación generalmente implica los siguientes pasos:

• Disolución de CO2 en agua: El CO2 se disuelve en agua a alta presión. La solubilidad del CO2 en agua aumenta con la presión y disminuye con la temperatura.
• Saturación del líquido: El agua se satura con CO2 hasta que alcanza un equilibrio entre el CO2 disuelto y el CO2 gaseoso.
• Envasado del líquido: El líquido carbonatado se envasa en un recipiente sellado, como una botella o lata.
• Liberación de CO2: Cuando se abre el recipiente, el CO2 disuelto se libera como gas, creando la efervescencia característica de las bebidas carbonatadas.

La cantidad de CO2 que se agrega a un líquido durante el proceso de carbonatación determina el nivel de efervescencia. Los refrescos suelen tener un nivel de carbonatación más alto que la cerveza o el agua con gas.

Además de crear efervescencia, la carbonatación también puede afectar el sabor y la conservación de los líquidos. El CO2 puede ayudar a mejorar el sabor de las bebidas ácidas, como los refrescos, y también puede ayudar a prolongar la vida útil de los productos al inhibir el crecimiento de bacterias.

Aquí hay algunos datos adicionales sobre el proceso de carbonatación:

• El proceso de carbonatación se inventó en el siglo XVIII.
• El primer refresco carbonatado fue el agua mineral con gas.
• La bebida carbonatada más popular del mundo es la Coca-Cola.
• La carbonatación puede tener algunos efectos negativos para la salud, como la erosión del esmalte dental y la hinchazón.

Efectos de la carbonatación en la construcción

La carbonatación puede tener varios efectos negativos en los materiales de construcción. Uno de los principales efectos es la reducción del pH en el interior del material, lo que puede llevar a la desactivación de la capa de protección de óxido en el acero de refuerzo. Esto puede resultar en la corrosión del acero, debilitando la estructura y poniendo en peligro su estabilidad.

Además, la carbonatación puede causar la pérdida de las propiedades químicas y físicas de los materiales, como la resistencia a la compresión y la permeabilidad. Esto puede llevar a la degradación de la estructura y reducir su vida útil. En casos extremos, la carbonatación puede provocar el colapso de los elementos estructurales y la necesidad de costosas reparaciones o incluso reconstrucciones.

Prevención y tratamiento de la carbonatación

La prevención de la carbonatación es fundamental para garantizar la durabilidad de las construcciones. Una de las medidas preventivas más efectivas es la utilización de materiales de construcción con baja permeabilidad al dióxido de carbono. Estos materiales actúan como barrera para evitar que el CO2 penetre en la estructura.

Además, es importante aplicar capas de protección adecuadas en las superficies expuestas de los materiales, como pinturas o revestimientos impermeables, que eviten la entrada de dióxido de carbono y protejan el material subyacente.

En el caso de que la carbonatación ya haya ocurrido, existen tratamientos disponibles para reparar los daños y fortalecer los materiales afectados. Estos tratamientos pueden incluir la aplicación de inhibidores de corrosión en el acero de refuerzo, la inyección de productos químicos para restaurar las propiedades del material y la reparación de las superficies dañadas.

Materiales resistentes a la carbonatación

En los últimos años, se han desarrollado materiales de construcción que son menos propensos a sufrir los efectos de la carbonatación. Estos materiales incluyen cementos con adiciones de metacaolín o cenizas volantes, que aumentan la resistencia a la carbonatación y mejoran la durabilidad de las estructuras.

Además, se han desarrollado tecnologías de sellado y protección de superficies que pueden prolongar la vida útil de los materiales y prevenir la penetración del dióxido de carbono.

Importancia de la inspección y el mantenimiento

La detección temprana de la carbonatación es fundamental para evitar daños graves en las construcciones. Por lo tanto, se recomienda realizar inspecciones regulares en edificios y estructuras para detectar signos de carbonatación, como fisuras, desprendimiento de material o corrosión del acero de refuerzo.

Además, el mantenimiento adecuado de las construcciones es esencial para prevenir y tratar la carbonatación. Esto implica llevar a cabo reparaciones oportunas, renovaciones y aplicar medidas preventivas, como el sellado de superficies expuestas y el control de la humedad en el entorno construido.

industriapedia explica la carbonatación

El proceso de carbonatación comienza inmediatamente cuando el hormigón se expone al aire. Dióxido de carbono (CO₂) penetra el concreto a través de los poros donde reacciona con el hidróxido de calcio y la humedad en los poros para formar carbonato de calcio. El dióxido de carbono se combina con el agua intersticial para formar un ácido fénico diluido que actúa para reducir la alcalinidad del hormigón.

La carbonatación reduce la alcalinidad natural del hormigón de pH13 a aproximadamente pH8. Mientras que un pH alto proporciona una capa de pasivación alrededor del acero, a un pH inferior a 9,5, la capa de pasivación se descompone y expone el acero de refuerzo a los efectos corrosivos del agua y el aire.

Cuando el acero se oxida, se expande en volumen y ejerce fuerza sobre el hormigón circundante, lo que hace que el hormigón se agriete y se astille a un ritmo que aumenta exponencialmente si no se evita la corrosión.

Los factores que afectan la carbonatación del concreto incluyen:

• Concentración de CO₂ gas: generalmente alto en las ciudades debido a la contaminación
• Humedad: idealmente del 50 % al 70 %; cuando es más baja, hay menos agua y cuando es más alta, el agua inhibe la difusión de dióxido de carbono
• Temperatura: mayor carbonatación en ambientes cálidos.
• Sistema de poros del concreto — Determinado por la relación agua-cemento, grado de hidratación y tipo de aglomerante
• Porosidad y permeabilidad

Las consecuencias de la carbonatación incluyen:

• Deterioro de estructuras de hormigón por corrosión del acero de refuerzo
• Mayor resistencia a la compresión del hormigón carbonatado.
• Ligero aumento de la resistencia al agrietamiento del hormigón.
• Mayor resistividad eléctrica
• Permeabilidad y porosidad reducidas

La carbonatación se reconoce por la presencia de áreas decoloradas en la superficie del concreto. Si es invisible, se puede visualizar usando fenolftaleína, una solución indicadora que es rosa en el concreto no afectado y transparente en las áreas carbonatadas.

La carbonatación se puede prevenir mediante:

• Siguiendo buenas prácticas de construcción.
• Entendiendo el medio ambiente
• Uso de baja relación agua-cemento
• Recubrimientos de barrera
• pinturas minerales

La protección debe implementarse en situaciones donde la penetración de la carbonatación es más profunda y casi alcanza el refuerzo de acero. Una vez que la carbonatación llega al refuerzo, no se puede evitar. Sin embargo, todavía es posible proteger el acero de la corrosión impermeabilizándolo para evitar la entrada de agua.