Según la ((NC-355), 2004) la carbonatación es una reducción de la alcalinidad del hormigón por acción de los componentes ácidos de la atmósfera, dióxido de carbono (CO2) y de azufre (SO2).
En el hormigón que no contiene acero de refuerzo es un proceso de pocas consecuencias. Sin embargo, en el hormigón reforzado, avanza lenta y progresivamente hacia adentro desde la superficie expuesta del hormigón, y asalta al acero de refuerzo causando la corrosión (Rodríguez, 2014).
El proceso tiene lugar cuando el gas carbónico se disuelve en algunos de los poros y reacciona con los componentes alcalinos de la fase acuosa del hormigón produciendo ácido carbónico, el cual convierte el hidróxido de calcio (Ca (OH)2) liberado y depositado en los poros (conocido como la cal libre del cemento) en carbono de calcio (CaCO3) y agua (H2O). Como consecuencia de la reacción ocurre un descenso significativo del pH en la capa superficial del hormigón (de su valor usual de pH=12.5, baja hasta valores del orden de 9) (Pujadas Álvarez, 2008). Al perder su basicidad deja de ser un elemento protector de la corrosión del acero de refuerzo, es decir, que a medida que avanza la penetración de la carbonatación, conocida como frente de carbonatación, se pierde el efecto de capa pasivadora que tiene el recubrimiento del hormigón. En la Figura 1.3 se muestra el avance del frente de carbonatación.
Figura 1.3 Representación del avance del frente de carbonatación. Tomada de (Pujadas Álvarez, 2008).
El proceso es más intenso, cuanto más bruscos son los cambios de humedad y más elevada la temperatura. Este fenómeno se presenta de manera significativa en ambientes cuya humedad relativa se encuentra entre 60 y 75%, ya que si es menor no hay suficiente agua y si es mayor el agua contenida en los poros reduce la velocidad de difusión del dióxido de carbono en el hormigón, o sea, si el hormigón permanece saturado o está permanentemente seco, no hay carbonatación (Dal Molin, 2003). La velocidad a la cual avanza el frente de carbonatación; así como, la profundidad del mismo, depende de muchas variables pero entre ellas se pueden mencionar las siguientes: la cantidad de CO2 presente en la atmósfera cercana a la superficie del hormigón y su velocidad de difusión al interior del hormigón; la humedad relativa; la temperatura y la presión del medio ambiente; la relación agua/cemento o agua cementante; la compactación de la capa de recubrimiento del hormigón; el tamaño y volumen de los macro poros y los poros capilares del hormigón y/o la presencia microfisuras, fisuras y planos de falla. El tiempo y perfección de los procedimientos de curados del hormigón (Sim and Park, 2011). De manera aproximada, la profundidad de la carbonatación es proporcional a la raíz cuadrada del tiempo, de acuerdo con la segunda ley de difusión de Fick, que se expresa matemáticamente de la siguiente manera:
Donde X es la profundidad del frente de carbonatación [mm], K es el coeficiente de carbonatación y T es el tiempo transcurrido [años] (Pujadas Álvarez, 2008).
Por otra parte el proceso de carbonatación en hormigones elaborados con áridos reciclados ocurre en dependencia de los valores relativos de permeabilidad del mortero nuevo y del árido reciclado, así como del por ciento de sustitución del árido natural por reciclado y de la relación a/c. Si el mortero nuevo es más permeable que el árido reciclado la propagación del frente de carbonatación tendrá lugar a través del mismo y el dióxido de carbono penetrará por el mortero nuevo. Por el contrario, si el árido reciclado posee mayor permeabilidad que el mortero nuevo el frente de carbonatación se propagará a través de él, tendrá un aspecto más irregular y presentará picos que coinciden con los áridos porosos (López Gayarre, 2008, Lorenzo, 2014).
Existen varios trabajos que estudian el impacto de los áridos reciclados en el proceso de carbonatación, existiendo divergencia en los criterios, por una parte se plantea que afecta negativamente la utilización de áridos reciclados provocando un aumento en la velocidad de carbonatación entre un 10 (Dal Molin, 2003) y un 65% (Hansen, 1992) para hormigones con 100% de árido reciclado. En (Katz, 2003) el autor concluye que, luego de 7 días de exposición a 30º C, 60 % humedad relativa y 5 % CO2 los hormigones reciclados presentaron espesores de carbonatación entre 1,3 y 2,5 veces superiores a los medidos en el hormigón convencional. Por otra parte en (Abbas et al., 2009) se plantea que el uso de 100% de árido reciclado grueso no afecta al hormigón frente a la carbonatación y en el caso en el que los hormigones presentan la misma resistencia, puede llegar a producirse una mejora en la protección a medida que aumenta la cantidad de árido reciclado en la mezcla, debido a la reserva alcalina que puede quedar almacenada en la pasta antigua de mortero y además que para obtener la misma resistencia de un hormigón con áridos naturales, la relación a/c del hormigón reciclado debe ser menor (Levy and Helene, 2004). El efecto positivo de la reserva alcalina se presenta al impedir la destrucción de la película pasivante protectora del acero de refuerzo (Guzmán Gutiérrez, 2010, Tuutti, 1982)
En (López Gayarre, 2008, ONelly and Hill, 2001, Otsuki et al., 2003) plantean que no existen diferencias en la profundidad del frente de carbonatación entre hormigones reciclados y naturales para por cientos de sustitución inferiores de 25%, por lo que a la vista de los resultados, al sustituir el árido grueso natural por árido grueso reciclado en pequeños porcentajes, la profundidad de carbonatación en los hormigones no aumenta. Cuando los porcentajes de sustitución sean mayores, la profundidad del frente de carbonatación será mayor en hormigones reciclados. En general, el árido reciclado puede funcionar como un foco de propagación de la carbonatación, porque no impide el paso del CO2 como un árido convencional, por lo que se debe tener un especial cuidado con la carbonatación (Dal Molin, 2003, Gutiérrez, 2011)