Impacto de los cloruros en el cemento y el concreto

Los cloruros, presentes en diversas formas en nuestro ambiente, tienen un efecto significativo en el comportamiento del cemento y el concreto. Estos compuestos, comúnmente encontrados en sales como el cloruro de sodio (sal de mesa) y el cloruro de calcio, pueden afectar tanto la durabilidad como la integridad estructural del concreto. Este artículo explora los efectos de los cloruros, los mecanismos de daño, y las estrategias para mitigar sus impactos.

Efectos de los Cloruros en el Cemento y el Concreto

1. Corrosión del Acero de Refuerzo (Concreto, 2024)

Uno de los principales problemas causados por acción de los cloruros, es la corrosión del acero de refuerzo en el concreto. Que normalmente tiene dos etapas; iniciación, cuando entrada de agentes perjudiciales para el concreto (CO₂ y cloruros) y la propagación, que es el estado activo de la corrosión, hasta el límite permitido por normas de construcción (Rodrigues, Stéphane , Julien, Ioannis , & Stéphanie , 2020).  Se considera que la corrosión del acero se considera en estado pasivo si la densidad de corriente es inferior a 0,1 µA cm^-2   y en estado activo para valores superiores a 1 µA cm^-2 .

El proceso de daño inicia cuando los cloruros desestabilizan una película protectora de óxidos que recubre el acero, o película de pasivación, lo que facilita que inicie el proceso corrosivo. La corrosión retira material de la barra y lo deposita en otros sitios donde se oxida y aumenta de volumen, ejerciendo presión sobre el concreto circundante lo que provoca grietas y desprendimientos que pueden comprometer la integridad estructural.

2. Reducción de la vida útil del concreto

La presencia de cloruros en el concreto acelera el deterioro de las estructuras, reduciendo significativamente su vida útil. Las estructuras expuestas a ambientes marinos o deshielos donde se utilizan sales deshielantes son particularmente vulnerables. La corrosión inducida por cloruros puede llevar a un aumento en los costos de mantenimiento y reparación, así como a la necesidad de intervenciones más frecuentes para asegurar la seguridad y funcionalidad de la estructura.

Mecanismos de Daño  (Maohua , Shanghui, Ke , Tao, & Haixu , 2023)

1. Penetración de los cloruros

Cuando provienen de fuentes externas, los cloruros pueden ingresar en el concreto a través de la difusión, que es el proceso mediante el cual las partículas se mueven de áreas de alta concentración a las áreas de baja concentración. La tasa de penetración de cloruros está influenciada por la permeabilidad del concreto, que puede ser afectada por factores como la relación agua/cemento, la calidad de los agregados y la presencia de aditivos (Díaz, 2014).

2. Reacciones químicas (Díaz, 2014)

La corrosión puede clasificarse en dos tipos: química y electroquímica.

• Corrosión química: Esta forma de corrosión ocurre sin la presencia de un medio electrolítico, como los líquidos conductores de electricidad. En su lugar, está impulsada por factores como gases o vapores a temperaturas altas que no permiten la condensación en la superficie del metal. En este caso, el metal reacciona directamente con estos agentes en condiciones secas o no acuosas.
• Corrosión electroquímica: Este tipo de corrosión ocurre cuando el metal está en contacto con un medio acuoso, es decir, agua o soluciones electrolíticas, que permiten el paso de corriente eléctrica. En este proceso, la corrosión no es un fenómeno uniforme, sino que se localiza en puntos específicos de la superficie del metal y se asocia con una celda electroquímica que involucra una reacción de oxidación en el ánodo y una reacción de reducción en el cátodo.

La celda básica de corrosión incluye cuatro componentes principales:

1. • Ánodo: Es el sitio donde ocurre la oxidación, lo que significa que el metal pierde electrones. En el caso de la corrosión, el ánodo se oxida y se disuelve en el ambiente, formando iones.
   • Cátodo: Es el sitio donde ocurre la reducción. Los electrones cedidos por el ánodo llegan al cátodo y participan en reacciones como la reducción de iones de hidrógeno o el oxígeno disuelto en el agua.
   • Electrolito: Es la solución acuosa o el medio conductor en el que ocurren las reacciones electroquímicas. En el caso de la corrosión, el electrolito puede ser agua, agua salada, o cualquier otra solución que permita la circulación de iones.
   • Circuito eléctrico: Los electrones fluyen desde el ánodo al cátodo a través de un conductor (como el metal mismo) completando el circuito electroquímico.

En resumen, en el proceso electroquímico de corrosión, el ánodo pierde electrones, lo que lleva a la oxidación del metal y, por ende, su destrucción. Esto se produce en el contexto de una reacción de corrosión más compleja, en la que la transferencia de electrones entre el ánodo y el cátodo permite que el metal se degrade con el tiempo.

Prevención y mitigación

1. Selección de materiales

Según la literatura existente, el contenido crítico de cloruro fluctúa ampliamente, lo que está estrechamente relacionado con la elección de los materiales de concreto reforzado y los factores ambientales externos. Una de las estrategias más efectivas para mitigar los efectos de los cloruros es la selección adecuada de materiales. El uso de cementos especiales o material cementante suplementario, puede reducir la susceptibilidad del concreto a la corrosión. Además, los aditivos que disminuyen la permeabilidad del concreto, como los plastificantes y los inhibidores de corrosión, pueden ser incorporados en la mezcla para mejorar la resistencia a la penetración de cloruros.

2. Control de la relación agua/cementante

Mantener una baja relación entre agua y el cemento es crucial para reducir la permeabilidad del concreto. Un exceso de agua en la mezcla aumenta la porosidad del concreto, facilitando la penetración de cloruros. Por lo tanto, es esencial ajustar la dosificación para asegurar una mezcla densa y resistente.

3. Uso de recubrimientos protectores

Aplicar recubrimientos protectores sobre el concreto actúan como una barrera contra la penetración de cloruros. Estos recubrimientos, que pueden ser pinturas o selladores, son aplicados de manera efectiva y requieren de un plan de mantenimiento para asegurar su eficacia a lo largo del tiempo.

4. Mantenimiento y rehabilitación

El mantenimiento correctivo es fundamental para prolongar la vida útil de las estructuras de concreto expuestas a cloruros. La inspección regular, la reparación de grietas y el refuerzo del concreto deteriorado pueden ayudar a prevenir la corrosión y otros daños. En casos donde la corrosión ya ha comenzado, técnicas como la protección catódica y la aplicación de recubrimientos de reparación pueden ser empleadas para rehabilitar las estructuras afectadas (Villarreal Guerrero, 2020).

Conclusión

Los cloruros representan un desafío significativo para la durabilidad del concreto, principalmente por la corrosión del acero de refuerzo y la reducción de la vida útil de las estructuras. La comprensión de los mecanismos de daño y la implementación de estrategias adecuadas de prevención y mitigación son esenciales para garantizar la vida útil y la seguridad de las infraestructuras de concreto. Al adoptar prácticas de construcción y mantenimiento rigurosas es posible minimizar los impactos adversos de los cloruros y proteger las inversiones en infraestructura.