La estructura porosa del hormigón es una de sus características más importantes, ya que su influencia se extiende desde la determinación de sus propiedades de transporte hasta la de su comportamiento mecánico. Las propiedades de transporte están muy relacionadas con la capacidad que presenta el hormigón de resistir distintos problemas de durabilidad (Diamond, 1999).
Dos son los parámetros más importantes relacionados con el transporte de sustancias (fluidos) a través los poros de la pasta de cemento endurecida:
- Porosidad total
- Distribución del tamaño de los poros.
La permeabilidad está relacionada con los poros interconectados a través de los cuales es posible el transporte de líquidos o gases, y/o el intercambio de sustancias disueltas. La porosidad representa, en el caso de la pasta de cemento estándar, un volumen del orden de un 20 a un 30%.
2.7.1.3.1 Clasificación del tamaño de poros en la pasta de cemento endurecida
El tamaño de los poros en el hormigón está comprendido entre 10-2 y 10-10 m. En general se clasifican como macroporos, poros capilares y microporos. De éstos, los
relacionados más directamente con la durabilidad y comportamiento frente a los agresivos, son los poros capilares y los macroporos.
En la Figura 2.23 aparece un esquema de la distribución del tamaño de poros en el hormigón que se describen a continuación (Mehta y Monteiro, 2006):
Figura 2.23 Esquema de la distribución del tamaño de poros en el hormigón (Mehta y Monteiro 2006)
Poros de gel (Microporos)
Este tipo de poros son los espacios interlaminares del gel CSH. Su tamaño varía entre 0,5 nm y 2,5 nm, representando aproximadamente un 28% de la porosidad total, su rango varía en función del contenido en agua entre las láminas.
Debido a su pequeño tamaño, no influyen negativamente en la durabilidad y resistencia mecánica del hormigón. No obstante, el agua contenida en ellos puede afectar la estabilidad volumétrica del conjunto. Esto implica que pueden afectar a la retracción y fluencia del hormigón (Mehta y Monteiro, 2006).
Poros capilares (Mesoporos - Macroporos)
Son los poros que representan el espacio no ocupado por las fases sólidas, y contienen el agua libre que no ha reaccionado. El volumen y el tamaño de poros capilares vienen determinado por la relación agua/cemento y el grado de
hidratación del cemento. Presentan tamaños comprendidos entre 50 nm - 2 nm, zona catalogada como macroporos-mesoporos. Los poros capilares que presentan tamaños mayores de 50 nm, son los conocidos como macroporos. Estos son los que inciden en mayor medida en todos los mecanismos de transporte a través del hormigón. Facilitan la entrada de agentes agresivos disueltos en los fluidos, por fuerza capilar y de tensión superficial. De este modo los poros capilares influyen negativamente en la resistencia mecánica del material y permeabilidad. Mientras que los poros más pequeños de 50 nm, también conocidos como microporos, desempeñan un papel importante en la contracción por secado y la fluencia.
Poros de aire
Los poros de aire son generalmente esféricos y se deben a burbujas de aire atrapadas durante el amasado. Pueden ser introducidos en el hormigón por medio de aditivos durante el amasado con fines específicos, como por ejemplo paliar los efectos del hielo - deshielo.
Los poros de aire experimentan un tamaño comprendido entre 3 mm-104 nm. Se trata por tanto de macroporos grandes. Su presencia en el hormigón influye negativamente en las resistencias mecánicas del material.
2.7.1.3.2 Porosimetría por intrusión de mercurio
Como se ha señalado anteriormente, las características más importantes del sistema de poros del hormigón son su porosidad total y su distribución de tamaño de poros. De hecho, estas características desempeñan el papel más decisivo en procesos del deterioro del hormigón (Kumara, 2004). Por lo tanto, la durabilidad del hormigón puede ser evaluada indirectamente a partir de las características de su sistema de poros. La influencia de la estructura porosa no es igual para los distintos agresivos, por lo que es necesario el estudio de cada caso para establecer una correlación entre las características del sistema de poros y la calidad de durabilidad del hormigón en ese frente a ese agresivo. La durabilidad del hormigón puede ser clasificada en términos de baja, media o alta permeabilidad-absorción con base en
el valor del índice de penetración. De ahí, por una relación entre un índice de penetración conveniente y las características del sistema de poros mencionadas, es posible obtener una correlación fiable entre la calidad de la durabilidad del hormigón y las características del sistema de poros. La determinación de la porosimetría, porosidad y distribución de tamaño de poro, del hormigón se puede determinar mediante el ensayo de porosimetría por intrusión de mercurio (Kumara, 2004).
El ensayo de porosimetría por intrusión de mercurio consiste en el estudio de la distribución del tamaño de los poros basada en la medida del volumen de mercurio que se acumula en los poros de una muestra previamente secada, en función de la presión aplicada. La distribución del tamaño de poros puede estimarse midiendo el volumen de mercurio inyectado en el material con presiones crecientes.
La distribución del tamaño de poros se calcula aplicando la ecuación (2.19), denominada fórmula de Washburn (Zhou, 2006). En la Figura 2.24 se muestra un esquema de los distintos parámetros utilizados en la expresión.
𝑃 = − 4 𝛾 𝑐𝑜𝑠𝜃
𝐷 (2.19)
en donde:
γ = Tensión superficial del mercurio.
Ѳ= Ángulo de contacto del mercurio con el material.
D = Diámetro del poro lleno de mercurio (µm).
P = Presión a la cual ha sido introducido el mercurio (MPa).
El mercurio es el único líquido conocido que por su tensión superficial no moja. Tiene una tensión superficial alta y 485 N/m (Zhou, 2006). También muestra un alto ángulo de contacto, comprendido en un rango situado entre 112 y 142. Dependiendo de la fuente consultada se recomiendan distintos ángulos como 113 según (Orr, 1959), 139 según (Cook, 1991) ó 106 si se consulta (León, 1998), para la intrusión y extrusión.
El volumen acumulado de poro (vs) diámetro de poro y los volúmenes incrementales se obtienen directamente de la aplicación de la ecuación de Washburn. (Ye, 2003) describió los parámetros obtenidos del porosímetro por intrusión de mercurio