¿Es hora de decirle adiós a los cementos de bajo álcalis?

Por Carlos A. Milanesi, Participating Member ASTM C09 (cam@cavellaneda.com.ar)

Aún cuando los álcalis (Na₂O y K₂O) contenidos en el cemento representan una muy pequeña fracción del mismo (en general, < 1,0 %, expresados como Na₂O_eq = Na₂O + 0,658 x K₂O), su influencia en el desempeño del hormigón es significativa. El ejemplo más conocido en este sentido se da en el caso de la reacción álcali-sílice (RAS), donde  los álcalis constituyen un factor esencial dentro del proceso: cuanto menor es el contenido de álcalis, menor es el riesgo de expansión debido a la RAS.

De lo expuesto, surge que una de las alternativas disponibles para el control de la RAS consiste en restringir la alcalinidad (pH) del hormigón. La base que sustenta este enfoque radica en el hecho que la limitación del contenido de álcalis del hormigón reduce el pH de la solución de poros e inhibe la disolución de la sílice reactiva, evitando así la formación del gel expansivo.

Si bien los álcalis presentes en la solución de poros del hormigón pueden tener diversos orígenes (AMA, agua, aditivos, agregados), sin lugar a dudas, el cemento constituye la principal fuente de aporte.

Por ello, durante años, las especificaciones limitaron el contenido de álcalis del cemento, buscando controlar los efectos nocivos de la RAS. Un ejemplo, en este sentido, lo constituye el viejo Reglamento CIRSOC 201-82 (1), el cual, exige que el contenido de álcalis (Na₂O_eq) del cemento sea inferior a 0,60 %, en el caso de contar con agregados potencialmente reactivos.

Si bien, esta solución fue aplicada con éxito en muchas de las grandes obras de ingeniería del país (2-4), hoy constituye un recurso cuestionado, incluso por sus precursores (5). Entre las diversas objeciones planteadas (disponibilidad de un cemento de este tipo cerca de la obra, mayores costos, mayor polución ambiental debido al venteo de los álcalis al exterior, etc.), queda claro que el uso de un cemento de bajo álcalis, como único recurso para el control de la RAS, no tiene en cuenta la reactividad del agregado ni tampoco el contenido de cemento del hormigón.

En la tabla 1 (6) se muestran tres ejemplos sencillos, en los que se ilustra cómo el contenido de álcalis del hormigón (kg Na₂O_eq/m³) no sólo depende del contenido de álcalis del cemento (% Na₂O_eq) sino también del contenido de cemento del hormigón (kg/m³).

Tabla 1.
Variación del contenido de álcalis del hormigón en función del
contenido de álcalis del cemento y el contenido de cemento de la mezcla

En el ejemplo I (tabla 1), el elevado contenido de álcalis del hormigón (4 kg Na₂O_eq/m³) es el resultado de utilizar, en forma combinada, un cemento de alto álcalis (1 % Na₂O_eq) con un elevado contenido de cemento (400 kg/m³). Si se requiriera llevar el contenido de álcalis del hormigón a un nivel más seguro (por ejemplo, 2,4 kg Na₂O_eq/m³), sería necesario emplear un cemento con un contenido de álcalis igual a 0,60 % Na₂O_eq (ejemplo II). Si, en cambio, la mezcla de hormigón a elaborar posee un contenido moderado de cemento (330 kg/m³), es posible alcanzar el mismo nivel alcalino en el hormigón (2,4 kg Na₂O_eq/m³) usando un cemento de “moderado” contenido de álcalis (0,72 % Na₂O_eq), con disponibilidad común en el mercado.

Hoy, numerosos países, con gran experiencia en la RAS, han cambiado el enfoque de sus prescripciones, instalando la idea del control del contenido de álcalis del hormigón y no del cemento. Mientras algunos países como Francia, Japón o Australia, han optado por limitar el contenido de álcalis del hormigón a un valor cercano a 3 kg de Na₂O_eq/m³, otros (Canadá, EEUU, Nueva Zelanda, Reino Unido), han adoptado diferentes límites, en función de la reactividad del agregado y otros factores (7-8). La construcción del pavimento de la Ruta Nacional N° 14 constituye el primer ejemplo de aplicación de este enfoque en nuestro país (9).

En Argentina, los requisitos que deben cumplir los agregados que se emplean en la elaboración de hormigones se establecen en las normas IRAM 1512 y 1531. A partir de 2008, ambas normas fueron sometidas a un nuevo y profundo proceso de revisión, en el que se introdujeron modificaciones diversas, en especial, en la temática referida a la RAA, tomando como base las recomendaciones propuestas por la Asociación de Normalización Canadiense y el grupo RILEM (10,11).

En 2014, siguiendo la tendencia internacional (7, 8,12), ASTM lanza la guía ASTM C1778 (13). Este documento, el más reciente en su tipo, establece cuáles son los métodos recomendados para valorar el grado de reactividad de los agregados y las estrategias de posible implementación para el control de la RAS.

A partir de la publicación de la guía ASTM C1778, el Comité Ejecutivo C09 de Hormigón y Agregados para Hormigón de ASTM, planteó la necesidad de revisar las normas que tuvieran vinculación con el tema de la RAA, a fin de armonizar el cuerpo normativo vigente con la nueva guía.

Una de las primeras normas alcanzadas por este proceso de revisión es la ASTM C33 (14), que establece los requisitos que deben cumplir los agregados para hormigón. Entre las modificaciones introducidas en esta norma se incluye la eliminación de un extenso apéndice informativo (X1), en el que se indicaban:

1. Los métodos de ensayo para evaluar la reactividad alcalina potencial de los agregados (ASTM C289, ASTM C227, ASTM C342, etc.), que han sido superados en la actualidad por otros más eficientes y confiables (ASTM C 1260 y ASTM C 1293), y
2. Las medidas disponibles para inhibir los efectos deletéreos de la RAS, entre las que se mencionaba el uso de cementos de bajo contenido de álcalis (< 0,60 % Na₂O_eq), además del empleo de adiciones minerales activas (AMA). Al eliminar este apéndice, también quedó desestimado el empleo del ensayo de la barra de mortero con vidrio pyrex (ASTM C 441) para evaluar la efectividad de las AMA frente a la RAS.

Las normas IRAM (11, 12) establecen dos enfoques para definir las estrategias de control de la RAS. En el enfoque prescriptivo, el nivel permitido de álcalis en el hormigón o el contenido requerido de AMA dependen de la reactividad del agregado, del tipo y tamaño de la estructura, de las condiciones de exposición de ésta y de la composición química del cemento y de las AMA.

En el enfoque prestacional, la efectividad de la medida preventiva es evaluada a través del método acelerado de la barra de mortero ASTM C 1260 (equivalente a la IRAM 1674)  y del método del prisma de hormigón ASTM C1293 (similar a la IRAM 1700), mediante el cual, es posible abordar la factibilidad del uso de AMA (ya sea como parte del cemento o como un componente más de la mezcla de hormigón) o de un inhibidor químico a base de nitrato de litio (LiNO₃).

En resumen, si bien existen aún algunas referencias en contrario (15), todo parecería indicar que la especificación de cementos de bajo contenido de álcalis, como estrategia para inhibir los efectos nocivos de la RAS, ha comenzado a formar parte del pasado, constituyendo una pieza de colección en el gabinete del museo de historia de la RAS.

Referencias

• Reglamento CIRSOC 201, Proyecto, Cálculo y Ejecución de Estructuras de Hormigón Armado y Pretensado, INTI, Tomo 1 (Julio 1982)
• Giovambattista A., “El Proyecto de Salto Grande – Estudios Tecnológicos y Criterios de Diseño de sus Hormigones”, Memorias, 3ª Reunión Técnica, AATH, Entre Ríos, Tomo I, 1-1-A (1977), 43 pp.
• Giovambattista A., Batic O. R., Traversa L. P., “Reacción Álcali-Sílice – Implicancias Tecnológicas, Ecológicas y Económicas en la Optimización de las Soluciones Ingenieriles”, Memorias, 7ª Reunión Técnica, AATH, Tomo II, Buenos Aires (1985), pp. 453-462
• Wainsztein M., Barranquero H., Muñoz L., “Investigación y Caracterización de los Áridos Empleados en las Estructuras de Hormigón de Yacyretá”, Memorias, 9ª Reunión Técnica, AATH, Buenos Aires, Tomo I (1989), pp. 287-300
• Ahlstrom G., Mullarky J., Faridazar F., “The United States Federal Highway Administration’s Efforts to Eliminate Alkali-Silica Reaction in Concrete Transportation Structures”, 13^th Conf. on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete, Trondheim (Norway), (2008), 10 pp.
• Milanesi, C.A., Pappalardi, M., Violini, D., “¿Cómo prevenir la reacción álcali-agregado en los pavimentos de hormigón? Validación del nuevo enfoque propuesto por AASHTO en base a la experiencia Argentina para su aplicación en el campo vial”, Memorias, XVII Congreso Argentino de Vialidad y Tránsito, Rosario, Santa Fe, Octubre de 2016.
• CSA (2014), “A23.2-27A – Standard practice to identify degree of alkali-reactivity of aggregates and to identify measures to avoid deleterious expansion in concrete”, Test Methods and Standard Practices for Concrete (A23.2-14), CSA, Mississauga, Ontario (Canada), August 2014, pp. 439-449
• Sims, I., Hawthorn, F., Nixon, P. (2004), “Developing an international specification to combat AAR – Proposals of RILEM TC 191-ARP”, Proceedings, 12thInternational Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete, M. Tang y M. Deng (eds.), Beijing (China), Vol. 2, pp. 8-16
• Milanesi, C.A., Violini, D. (2008), “Prevención de la RAS a través del control de los álcalis aportados por el cemento al hormigón – Aplicación del criterio canadiense en la construcción de la ruta nacional Nº 14”, Memorias, XVII Reunión Técnica “Ing. José Fermín Colina”, V. Rahhal y J.D. Sota (eds.), AATH, Córdoba (Argentina), pp. 265-272
• IRAM (2016), “Agregado grueso para hormigón de cemento – Requisitos y métodos de ensayo”, Norma Argentina IRAM 1531, 5ª edición, 36 pp.
• IRAM (2013), “Agregado fino para hormigón de cemento – Requisitos”, Norma Argentina IRAM 1512, 4ª edición, 25 pp.
• AASHTO (2010), “AASHTO PP 65-10 – Standard practice for determining the reactivity of concrete aggregates and selecting appropriate measures for preventing deleterious expansion in new concrete construction”, Standard Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling and Testing – Provisional Standards, AASHTO, 2010 (30th edition), Washington, D.C. 20001 (USA), 20 pp.
• ASTM (2016): Standard Guide for Reducing the Risk of Deleterious Alkali-Aggregate Reaction in Concrete, ASTM C1778-16, Annual Book of ASTM Standards, ASTM International, USA, 04.02 (Concrete and Aggregates), 11 pp.
• ASTM (2018): ASTM C33/C33M-18 – Standard specification for concrete aggregates. Annual Book of ASTM Standards. En: https://www.astm.org/Standards/C33
• ASTM (2018): ASTM C150/C150M-18 – Standard specification for Portland cement. Annual Book of ASTM Standards. En: https://www.astm.org/Standards/C150