La composición química del cemento tiene una gran importancia desde el punto de vista de la durabilidad del material acabado en los diferentes medios ambientales a los que se encuentra expuesto en sus distintos emplazamientos. Así, por ejemplo, el contenido de la parte alumínica (Al2O3) jugará un papel muy relevante en las
estructuras cuyos emplazamientos estén en contacto con agua de mar o se encuentren en terrenos yesíferos, como puede ser el caso de España, donde abundan estas condiciones. Esta parte alumínica puede reaccionar con los iones de sulfato del medio, formando la ya comentada anteriormente ettringita, un sulfoaluminato cálcico hidratado de gran volumen y por lo tanto expansivo, que es capaz de crear tensiones internas y fisuración del material.
(Cabrera y Nwaubani, 1998) investigaron la microestructura y la difusión de cloruros en diferentes pastas con cemento Portland (PC), PC + 15 % cenizas volantes (CV), PC + 15 % metacaolín (MK). Las pastas se fabricaron con una relación agua/material cementicio de 0,40 y después de 60 días de curado húmedo (100% H) se introdujeron en una célula para el ensayo de difusión de cloruro. Observaron que tanto la pasta de PC + MK como la de PC + CV presentaron un coeficiente de difusión más bajo que la pasta de PC puro.
Más recientemente, (Al-Amoudi et al., 2009) estudiaron varios tipos de hormigones fabricados con cemento Portland, humo de sílice y cenizas volantes, preparados con diferentes relaciones agua/material cementicio y diferentes contenidos de materiales cementicios. El comportamiento de los hormigones se analizó mediante la resistencia a compresión, la permeabilidad al agua, la permeabilidad al cloruro y el coeficiente de difusión de cloruros. En base a los datos obtenidos concluyeron que las características de durabilidad de los hormigones mezclados con humo de sílice y cenizas volantes son mejores que el hormigón fabricado con cemento normal.
(Loser R. et al., 2010) investigaron la influencia de diferentes tipos de cemento: cemento Portland (CEM I), cemento Portland mezclado con cal (CEM II/A-LL), cemento Portland mezclado con escoria de alto horno (CEM III/A) y cemento Portland con 20% de cenizas volantes (CEM I+20% CV)), en su exposición a un medio agresivo con presencia de NaCl. Con base en los resultados obtenidos concluyeron que la porosidad total es el factor más importante en la resistencia a la penetración de los cloruros. El hormigón fabricado con CEM III experimentó el mejor comportamiento frente al transporte de los cloruros. Se observó la formación de la sal de Friedel en los hormigones mezclados con escoria y en los mezclados con cenizas volantes.
En un trabajo de características similares, (Seleem H H et al., 2010) estudiaron la influencia de adiciones de humo de sílice, escoria de alto horno y metacaolín como
adición al cemento en el medio agresivo de agua de mar durante 3, 6 y 12 meses de exposición a la misma. con base en los resultados obtenidos, indicaron que la combinación de cemento con la adición de humo de sílice resulta ser la más eficaz para resistir el ataque del agua de mar.
Otros autores, como (Ganjian y Pouya, 2005, 2008) han estudiado la influencia de distintas adiciones sobre el comportamiento mecánico y su capacidad de absorción capilar en hormigones expuestos a ambiente marino. En concreto, en estas investigaciones, estudiaron el comportamiento de varios hormigones y pastas de cemento con y sin adiciones de humo de sílice y escoria de alto horno con una la relación agua/material cementicio de 0,40, en el medio marino en la zona de carrera de mareas. En este trabajo, investigaron los cambios en la resistencia a compresión y la absorción capilar de agua en función del contenido del humo de sílice. Concluyeron que el hormigón mezclado con humo de sílice presenta el máximo desarrollo en la resistencia a compresión en el medio de referencia (agua potable), mientras que el hormigón fabricado con escoria de alto horno presenta el menor desarrollo en el mismo medio, como se muestra en la Figura 2.26.
Figura 2.26 Desarrollo de la resistencia a compresión de los hormigones sumergidos en el medio de referencia (agua potable)
Figura 2.27 Coeficiente de absorción capilar de los hormigones expuestos a varios condiciones
Con base en los resultados de resistencia a compresión y el factor de absorción capilar del hormigón expuesto a varios medios de exposición, se observa que cuanto mayor es el porcentaje de humo de sílice en el hormigón, mayor será la
pérdida de resistencia a compresión y del factor de absorción capilar, como se muestra en la Figura 2.27.
(Chalee W. et al., 2007, 2010) estudiaron el efecto de la relación agua/cemento sobre la profundidad de la capa del recubrimiento en hormigones fabricados con varios porcentajes de cenizas volantes (0, 15, 25, 35 y 50 %) expuestos al agua de mar durante un periodo de 4 y 7 años. Con esta investigación, centrada en las relaciones agua/material cementicio de 0,45 - 0,55 y 0,65, concluyeron que el hormigón fabricado con cemento Portland tipo I experimentó una mayor velocidad de penetración de cloruro que los hormigones fabricados con cenizas volantes. También observaron que con un aumento del porcentaje de la adición de cenizas volantes y la disminución de la relación agua/material cementicio, es posible reducir la profundidad del recubrimiento del acero embebido en el hormigón. Además, indicaron que en un hormigón con una resistencia a compresión de 30 MPa (a/c 0,65) sería posible reducir la capa de recubrimiento desde 50 hasta 30 mm, mediante el uso de la adición de cenizas volantes sustituyendo un 50% de cemento Portland, como se muestra en la Figura 2.22.
Figura 2.28 Efecto de la Resistencia a compresión en la profundidad del recubrimiento de la corrosión inicial del acero embebido en el hormigón expuesto al medio marino durante 4 años
En los ambientes marinos, donde los hormigones quedan expuestos al ingreso de iones cloruro e iones sulfato fundamentalmente, la bibliografía, (Mehta PK y Monterio, PJM 1997; Dongxue LM, 1997; Lorenzo MP, 2003; Lee, 2005; Ganjian,
2005; Sezer, 2008; Shannag, 2003), recomienda que se utilicen cementos con bajo contenido en aluminatos (sulforresistentes) o cementos con adiciones minerales, cenizas volantes y humo de sílice principalmente.
La instrucción EHE exige la utilización de cementos Portland resistente al agua de mar (con un contenido de C3A menor o igual del 5%) en las zonas donde el
hormigón está en contacto directo con el agua de mar.