Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - estructuras, hormig贸n, investigaci贸n    

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En posts anteriores ya hemos tratado el tema del di贸xido de carbono y el hormig贸n, en especial cuando cuantific谩bamos la cantidad de聽 CO2 que se emite a la atm贸sfera con la fabricaci贸n del hormig贸n o bien cuando trat谩bamos sobre la durabilidad del hormig贸n. En este post vamos a realizar un peque帽o an谩lisis de las investigaciones relacionadas con la carbonataci贸n del hormig贸n a lo largo del ciclo de vida de una estructura (Yepes, 2017).

Son pocos los estudios sobre el ciclo de vida de estructuras de hormig贸n que consideran la carbonataci贸n. Si se ignora la absorci贸n de CO2 se pueden sobrestimar las emisiones en un 13-48%, dependiendo del tipo de cemento y la aplicaci贸n del hormig贸n reciclado durante la vida secundaria (Collins, 2010). Este proceso de carbonataci贸n se denomina muchas veces recarbonataci贸n, puesto que el producto final es el carbonato c谩lcico, que es qu铆micamente el mismo componente que se utiliz贸 como ingrediente primario para la fabricaci贸n del cemento. La carbonataci贸n del hormig贸n se puede evaluar mediante modelos te贸ricos (Papadakis et al., 1991), modelos experimentales (Jiang et al., 2000) y modelos basados en la teor铆a de la difusi贸n y en pruebas reales (Houst y Wittmann, 2002).

El coeficiente de carbonataci贸n del hormig贸n depende de la porosidad y de la permeabilidad del recubrimiento de las armaduras, as铆 como de las condiciones ambientales a las que est茅 expuesto (Bertolini et al., 2004). Cuando reducimos la relaci贸n agua/cemento, dificultamos la difusi贸n de CO2 en el hormig贸n. El hecho de que la velocidad de carbonataci贸n sea mayor en hormigones protegidos de la intemperie se debe al bloqueo parcial de los poros por efecto de la lluvia en el exterior no protegido.

Oxidaci贸n de las armaduras como limitante de la durabilidad del hormig贸n armado

Si se comparan ambas condiciones se obtienen grandes diferencias, mostr谩ndose la gran influencia que tiene la humedad en la carbonataci贸n (Gal谩n et al., 2010). La cantidad necesaria de CO2 para bajar el pH hasta rangos casi neutros, en los que las armaduras dejan de estar protegidas, variar谩 en funci贸n de la reserva alcalina que el cemento aporte al hormig贸n, la cual depende tanto del tipo como de la cantidad de cemento utilizado (Ho and Lewis, 1987; Kobayashi y Uno, 1989). Zornoza et al. (2009) se帽alaron que la capacidad del hormig贸n para fijar CO2 es proporcional a la alcalinidad de la pasta de cemento. Otro factor muy importante es el recubrimiento del acero, pues cuanto mayor sea, m谩s tiempo tardar谩 el CO2 en deteriorar la protecci贸n alcalina frente a la corrosi贸n del acero. La EHE-08 (Fomento, 2008) calcula el coeficiente de carbonataci贸n en funci贸n de la exposici贸n a la lluvia, el aire ocluido, la resistencia del hormig贸n y el uso de adiciones.

Leber y Blakey (1956) estimaron los efectos de la carbonataci贸n suponiendo que todo el CO2 absorbido reacciona con la cal para formar carbonato c谩lcico en morteros y en hormig贸n. La carbonataci贸n del hormig贸n capta CO2 y compensa las emisiones de otras etapas del ciclo de vida. El tipo de cemento y el uso de hormig贸n reciclado influyen significativamente en la captura de CO2 (Collins, 2010). Flower y Sanjayan (2007) encontraron que la escoria de alto horno y la ceniza volante podr铆an reducir, respectivamente, las emisiones de CO2 del hormig贸n en un 22% y entre un 13% y un 15% en mezclas de hormig贸n habituales.

Pade y Guimaraes (2007), Collins (2010) y Dodoo et al. (2009) consideraron los modelos predictivos de la primera ley de difusi贸n de Fick para estimar la captura de CO2. Esta captura depende del coeficiente de carbonataci贸n, del tiempo, de la cantidad de cemento Portland por metro c煤bico de hormig贸n, de la cantidad de contenido de CaO en el cemento Portland, de la proporci贸n de CaO que puede ser carbonatada y de la superficie expuesta. Pade y Guimaraes (2007) analizaron la cantidad de hormig贸n que se recicla para uso secundario seg煤n el pa铆s y concluyeron que la trituraci贸n del hormig贸n tras su vida 煤til incrementa significativamente la carbonataci贸n gracias a la mayor superficie expuesta. Aproximadamente dos tercios de las emisiones producidas en la calcinaci贸n para fabricar cemento se pueden capturar si se deja el hormig贸n triturado expuesto durante 30 a帽os tras la finalizaci贸n de su vida 煤til (Dodoo et al., 2009). De hecho, un 70% del CO2 liberado en la producci贸n de cemento se recapturar铆a por el hormig贸n endurecido en 100 a帽os (B枚rjesson y Gustavsson, 2000).

La durabilidad del hormig贸n armado puede disminuirse significativamente por los procesos de degradaci贸n de origen ambiental o funcional (Angst et al., 2009; Guzm谩n et al., 2011). En consecuencia, la reducci贸n de la vida 煤til provoca una mayor cantidad de emisiones anuales. Adem谩s, contemplar la durabilidad tambi茅n es fundamental en un buen dise帽o conceptual, en la gesti贸n de calidad en la construcci贸n y en un buen plan de mantenimiento. As铆, A茂tcin (2000) se帽al贸 la importancia de considerar no solo el coste de 1 m3 de hormig贸n, sino el coste de 1 MPa o 1 a帽o del ciclo de vida de una estructura. La carbonataci贸n puede ayudar a reducir las emisiones totales de CO2 asociadas a la producci贸n de hormig贸n. Sin embargo, este fen贸meno hace perder la capa protectora alcalina que protege de la corrosi贸n y, por tanto, determina la durabiliad de la estructura.

Garc铆a-Segura et al. (2014) estudiaron el ciclo de vida de las emisiones de gases de efecto invernadero del hormig贸n elaborado con cemento con adiciones. Se evalu贸 la carbonataci贸n durante la vida 煤til y tras la demolici贸n, considerando que el 贸xido de calcio que no carbonate durante la etapa de uso lo puede hacer despu茅s de la demolici贸n. Encontraron que la carbonataci贸n durante la etapa de uso disminuye las emisiones totales en un 22% respecto a los hormigones con cemento Portland. Adem谩s, y esto es muy importante, el hormig贸n reciclado triturado y expuesto a la atm贸sfera garantiza una carbonataci贸n completa y una enorme reducci贸n de las emisiones de CO2.

Referencias:

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Bertolini, L.; Elsener, B.; Pedeferri, P.; Polder, R.B. (2004). Corrosion of Steel in Concrete: Prevention, Diagnosis, Repair. Weinheim: Wiley-VCH.

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Collins, F. (2010). Inclusion of carbonation during the life cycle of built and recycled concrete: influence on their carbon footprint. The International Journal of Life Cycle Assessment, 15(6), 549鈥556.

Dodoo, A.; Gustavsson, L.; Sathre, R. (2009). Carbon implications of end-of-life management of building materials. Resources, Conservation and Recycling, 53(5), 276鈥286.

Flower, D.J.M.; Sanjayan, J.G. (2007). Green house gas emissions due to concrete manufacture. The International Journal of Life Cycle Assessment, 12(5), 282鈥288.

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Garc铆a-Segura, T.; Yepes, V.; Alcal谩, J. (2014). Life cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability. The International Journal of Life Cycle Assessment, 19(1), 3鈥12.

Guzm谩n, S.; G谩lvez, J.C.; Sancho, J.M. (2011). Cover cracking of reinforced concrete due to rebar corrosion induced by chloride penetration. Cement and Concrete Research, 41(8), 893鈥902.

Ho, D.; Lewis, R. (1987). Carbonation of concrete and its prediction. Cement and Concrete Research, 17(3), 489-504.

Houst, Y.F.; Wittmann, F. H. (2002). Depth profiles of carbonates formed during natural carbonation. Cement and Concrete Research, 32(12), 1923鈥1930.

Jiang, L.; Lin, B.; Cai, Y. (2000). A model for predicting carbonation of high-volume fly ash concrete. Cement and Concrete Research, 30(5), 699鈥702.

Kobayashi, K.; Uno, Y. (1989). Influence of alkali on carbonation of concrete, part I. Preliminary tests with mortar specimens. Cement and Concrete Research, 19(5), 821-826.

Leber, I.; Blakely, F.A. (1956). Some effects of carbon dioxide on mortars and concrete. Journal of American Concrete Institute, 53(9), 295鈥308.

Pade, C.; Guimaraes, M. (2007). The CO2 uptake of concrete in a 100聽year perspective. Cement and Concrete Research, 37(9), 1348鈥1356.

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Yepes, V. (2017). Trabajo de investigaci贸n.聽Concurso de Acceso al Cuerpo de Catedr谩ticos de Universidad.聽Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, 110 pp.

Zornoza, E.; Pay谩, J.; Monz贸, J.; Borrachero, M.V.; Garc茅s, P. (2009). The carbonation of OPC mortars partially substituted with spent fluid catalytic catalyst (FC3R) and its influence on their mechanical properties. Construction and Building Materials, 23(3),聽 1323鈥1328.

 

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5 junio, 2018