Evaluación por medio de técnicas no destructivas del daño producido por ataque externo de sulfatos en mortero de cemento Portland

Abstract

Materials based on portland cement can be attacked by external environments rich in sulphates (selenite waters, marine waters), generating a process of expansion by formation of etringición and gypsum. Expansion determination can be carried out by simple means, however, the use of non-destructive techniques could enable such determination more quickly, accurately and universally. Such non-destructive techniques become more sensitive and allow the evolution of expansion from initial data expansion. The most appropriate techniques are those based on acoustic resonance spectroscopy by impact and those based on ultrasounds. It is intended to analyze the changes in mortar structure by means of non-destructive techniques such as acoustic spectroscopy, ultrasound, and expansion by the external attack of both sodium and magnesium sulphates in order to observe, quantify and determine the type of damage That is generated to the mortar in a certain time line. The spectroscopy measurements were carried out using the NIRAS (non-linear impact resonance acoustic spectroscopy) test to determine the variation of the hysteretic parameter. By means of ultrasound, both the signal velocity and the attenuation of the signal were evaluated.

OBJECTIVES To produce the external attack of sulphates in mortars to generate their degradation by means of solutions of sodium sulphate (Na2SO4) and of magnesium sulphate (MgSO4). To evaluate by non-destructive tests (acoustic spectroscopy, ultrasonic and expansion) the changes in the cement matrix of the mortar caused by the attack of each sulphate in a given period (about 120 days). To compare the results obtained in the change of the cement matrix among the different types of tests carried out, and to compare the results obtained by each of the sulphate attacks tested.

WORKPLAN 1.- To prepare the specimens, these will be six series in total. All of them with water-cement ratio 0.55, with three of the series prepared with CEM I 52,5R cement and the other three with CEM II / A-L 42,5R cement. 2.- Subsequently once the necessary strength has been acquired (approximately 90 days), the specimens will be prepared for the expansion test. For this, a pair of Demec points will be fixed on two faces of the specimens, which will be necessary for the subsequent control of the expansion. 3.- Preparation of sulphate solutions of both 10% sodium sulphate and 5% magnesium sulphate. Immersion of each set of specimens of each cement type in solution of Na2SO4, in MgSO4 and in water. 4.- Monitoring, for approximately 120 days (a weekly measurement), of the advance of the sulphate attack by means of acoustic spectroscopy (NIRAS), ultrasound (velocity and attenuation) and expansion (measured by means of Demec points). In the NIRAS tests, each test piece will be hit to activate the first flexural mode, using between 5 and 10 levels of impact energy. Hysteretic parameters will be calculated from the vibration intensities and the vibration frequency values. In ultrasonic tests, measurements will be made at different frequencies between 50 kHz and 1 MHz. Ultrasonic pulse velocity (VPU) and signal attenuation will be determined. 5.- Analysis of the data obtained to establish the relationship between the different tests performed and the effects on the mortar for each of the sulphate solutions.

Los materiales basados en cemento portland pueden ser atacados por ambientes externos ricos en sulfatos (aguas selenitosas, aguas marinas), generando un proceso de expansión por formación de etringita y de yeso. La determinación de la expansión se puede llevar a cabo por medios simples, sin embargo, el uso de técnicas no destructivas podría permitir dicha determinación de forma más rápida, precisa y universal. Dichas técnicas no destructivas podrían ser más sensibles y permitirían predecir la evolución de la expansión a partir de datos iniciales de expansión. Las técnicas más apropiadas para ello son las basadas en la espectroscopia de resonancia acústica por impacto y las basadas en los ultrasonidos. Se pretende analizar los cambios en la estructura del mortero por medio de técnicas no destructivas como la espectroscopia acústica, ultrasonidos, y expansión debido al ataque externo de sulfatos tanto de sodio como de magnesio para poder observar, cuantificar, y determinar el tipo de daño que se genera al mortero en una línea de tiempo determinada. Las medidas de espectroscopia se llevarán a cabo por medio del ensayo NIRAS (non linear impact resonance acoustic spectroscopy) para la determinación de la variación del parámetro histerético. Y por medio de ultrasonidos se evaluarán tanto la velocidad de la señal como la atenuación de la misma.

OBJETIVOS Producir el ataque externo de sulfatos en morteros para generar su degradación por medio de disoluciones de sulfato de sodio (Na2SO4) y de sulfato de magnesio (MgSO4). Evaluar por ensayos no destructivos (espectroscopia acústica, ultrasonidos y expansión) los cambios en la matriz cementante del mortero provocados por el ataque de cada sulfato en una línea de tiempo determinada (unos 120 días). Comparar los resultados obtenidos del cambio de la matriz cementante entre los distintos tipos de ensayos realizados, y además comparar los resultados obtenidos por cada uno de los ataques de sulfatos ensayados.

PLAN DE TRABAJO 1.- Inicialmente se prepararán las probetas, éstas serán seis series en total. Todas ellas con relación agua cemento 0,55, con tres de las series preparadas con cemento CEM I 52,5R y las otras tres con cemento CEM II/A-L 42,5R. 2.- Posteriormente una vez adquirida la resistencia necesaria (aproximadamente 90 días) se procederá a la preparación de las mismas para el ensayo de expansión. Para esto se fijará en dos caras de las probetas un par de puntos Demec que serán necesarios para el posterior control de la expansión. 3.- Preparación de las disoluciones de sulfatos tanto de sodio al 10% como de magnesio al 5%. Inmersión de cada juego de probetas de cada cemento en disolución de Na2SO4, en MgSO4 y en agua. 4.- Monitorización, aproximadamente durante 120 días (una medida semanal), del avance del ataque por sulfatos por medio de espectroscopia acústica (NIRAS), ultrasonidos (velocidad y atenuación) y expansión (medidas por medio de los puntos Demec). En los ensayos NIRAS se golpeará cada probeta para activar el primer modo de flexión, usando entre 5 y 10 niveles de energía de impacto. A partir de las intensidades de las vibraciones y de los valores de frecuencia de vibración se calcularán los parámetros histeréticos. En los ensayos ultrasónicos, se realizarán medidas a diferentes frecuencias entre 50 kHz y 1 MHz. Se determinará la velocidad de pulso ultrasónico (VPU) y la atenuación de las señales. 5.- Análisis de los datos obtenidos para obtener la relación entre los distintos ensayos realizados y los efectos en el mortero por cada de las disoluciones de sulfatos.