Reacción álcali-sílice

La reacción álcali-sílice ( ASR ), más comúnmente conocida como "cáncer de hormigón", es una reacción de hinchamiento perjudicial que ocurre con el tiempo en el hormigón entre la pasta de cemento altamente alcalina y la sílice amorfa reactiva ( es decir , no cristalina) que se encuentra en muchos agregados comunes , dada suficiente humedad.

Esta reacción química deletérea provoca la expansión del agregado alterado por la formación de un gel soluble y viscoso de silicato de sodio (Na 2 SiO 3 · n H 2 O , también se observa Na 2 H 2 SiO 4 · n H 2 O , o NSH (silicato de sodio hidratado), según la convención adoptada). Este gel higroscópico se hincha y aumenta de volumen al absorber agua: ejerce una presión expansiva en el interior del agregado silíceo , provocando el desconchado. y pérdida de resistencia del hormigón, conduciendo finalmente a su rotura.

La ASR puede provocar grietas graves en el hormigón, lo que da como resultado problemas estructurales críticos que pueden incluso forzar la demolición de una estructura en particular. [3] [4] [5] La expansión del hormigón a través de la reacción entre el cemento y los agregados fue estudiada por primera vez por Thomas E. Stanton en California durante la década de 1930 con su publicación fundacional en 1940. [6]

Para intentar simplificar y estilizar un conjunto muy complejo de diversas reacciones, toda la reacción ASR, después de su evolución completa (proceso de envejecimiento) en presencia de suficientes cationes Ca 2+ disponibles en solución, podría compararse con la reacción puzolánica que sería ser catalizada por la presencia indeseable de concentraciones excesivas de hidróxidos alcalinos (NaOH y KOH) en el hormigón. [7] Es una reacción mineral ácido-base entre NaOH o KOH , hidróxido de calcio , también conocido como portlandita , o (Ca (OH) 2 ), y ácido silícico (H 4 SiO 4 o Si (OH)4 ). Para simplificar, después de un intercambio completo de los cationes alcalinos con los iones calcio liberados por la portlandita, la reacción álcali-sílice en su etapa final que conduce al hidrato de silicato de calcio (CSH) podría representarse esquemáticamente de la siguiente manera:

Aquí, el ácido silícico H 4 SiO 4 , o Si (OH) 4 , que es equivalente a SiO 2 · 2 H 2 O representa sílice hidratada o amorfa en aras de la simplicidad en la química acuosa.

De hecho, el término ácido silícico se ha utilizado tradicionalmente como sinónimo de sílice , SiO 2 . Estrictamente hablando, la sílice es el anhídrido del ácido ortosilícico, Si (OH) 4 .

Patrón de fisuras característico asociado con la reacción álcali-sílice que afecta a una barrera escalonada de hormigón en una autopista de EE. UU. Nótese el aspecto graso típico de las exudaciones de gel de sílice que empapan la superficie del hormigón a lo largo de los dos lados de las grietas. [1] [2]
Patrón de fisuras típico de la reacción álcali-sílice (ASR). Las exudaciones de gel a través de las grietas del hormigón tienen un color amarillo característico y un pH elevado. El aspecto graso de las exudaciones que absorben la porosidad del hormigón a lo largo de las grietas también es una característica distintiva de la ASR.
Superficie de sílice anhidra e hidratada con siloxano y grupos silanol junto con moléculas de agua unidas a la superficie.
Enlace de siloxano entre dos átomos de silicio.
Estructura química de un grupo silanol .
Superficie de un pilar de hormigón del edificio de la Galería Nacional de Canadá en Ottawa que presenta el patrón de fisuras típico de la reacción álcali-sílice (ASR). Nótese el aspecto graso típico de las exudaciones de gel de sílice amarillo que impregnan la superficie del hormigón a lo largo de los dos lados de las grietas.