Evaluación del mecanismo de expansión de rocas dolomíticas de la zona de Valcheta (provincia de Río Negro, Argentina) empleadas como agregado en morteros y hormigones de cemento pórtland

Abstract

La reacción álcali-carbonato (RAC) es una reacción química inusual que afecta la durabilidad del hormigón y constituye un tema de debate actual. En la zona de Valcheta (Río Negro) se ha identificado una dolomía arcillosa, de grano fino, que reacciona con los álcalis del hormigón, mediante un mecanismo expansivo muy similar al de la RAC. Como resultado del ataque alcalino, esta roca experimenta una clara reacción química de dedolomitización (formación de calcita y brucita) en la que el gel silíceo se observa sólo de manera esporádica y en muy pequeñas cantidades, lo que hace difícil relacionar las expansiones observadas con la reacción álcali-sílice (RAS). Una de las características más interesantes de esta roca es que las adiciones minerales activas clásicas y los aditivos químicos a base de litio no son capaces de mitigar la expansión del hormigón. A fin de profundizar el conocimiento sobre el comportamiento tan singular de esta dolomía, se realizaron diversos estudios (basados en el método ASTM C586) para analizar la influencia de distintos factores (tipo de catión, porosidad de la roca, etc.) sobre la respuesta expansiva y los cambios mineralógicos experimentados por la roca, cuando ésta es sumergida en distintas soluciones alcalinas. En base a los resultados de estas experiencias y la información disponible de los estudios realizados por el autor durante la década del 90, se analizan las causas más probables de la expansión de la dolomía de Valcheta y se propone un modelo teórico, basado en el fenómeno osmótico, para explicar el comportamiento expansivo de esta roca. El modelo planteado describe de manera adecuada el efecto de los principales factores que intervienen en el proceso de expansión del hormigón y permite dar respuesta a los interrogantes clásicos de la RAC: ¿por qué la dedolomitización no siempre produce expansión?, ¿por qué es tan difícil inhibir la RAC?, ¿por qué la expansión del hormigón aumenta con el tamaño máximo del agregado?, entre otros.

Alkali-carbonate reaction (ACR) is an unusual reaction that affects concrete durability and constitutes an issue of much controversy between researchers and concrete technologists. In Valcheta (Río Negro, Argentine), there is an argillaceous fine-grained dolostone that reacts expansively with concrete alkalis following a mechanism similar to ACR. Because of the alkali attack, this rock shows a conspicuous chemical reaction (dedolomitization), producing calcite and brucite, with almost no siliceous gel, making difficult to explain how the expansions could be related to alkali-silica reaction (ASR). One of the most interesting characteristic of this rock is that supplementary cementing materials and lithium-based compounds were not capable to mitigate the concrete expansion. A study (based on the ASTM C586 method) was conducted to evaluate the influence of various factors (the nature of the alkali cation of the solution, rock porosity, etc.) on the expansive behavior of the rock and its mineralogical changes, when it is immersed in different alkali solutions. Based on this study and the available information obtained by the author during the 90's, the most probable causes of the expansion of Valcheta dolostone are analysed and a theoretical model based on the osmotic phenomenon is proposed to explain the expansive behaviour of this rock. The proposed model adequately describes the effect of the main factors affecting the concrete expansion and allows answering the classic questions related to ACR: Why does dedolomitization not always produce expansion? Why is it so difficult to inhibit the expansion caused by ACR?, Why does concrete expansion increase with the maximum size of the aggregate?, and so on.

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