Desafortunadamente, el hormigón no dura para siempre. Los estragos del tiempo también hacen mella en las estructuras de hormigón en Suiza. No solo se ven afectadas las estructuras reforzadas como los puentes, sino también edificios de hormigón sin ningún tipo de refuerzo, como muros de presas. Una de las causas se conoce como reacción álcali-agregado (AAR). Puede afectar a todas las estructuras de hormigón al aire libre.

Con AAR, los ingredientes básicos del hormigón son en realidad el problema:el cemento, el componente principal del hormigón, contiene metales alcalinos como el sodio y el potasio. La humedad en el hormigón reacciona con estos metales alcalinos para formar una solución alcalina. Los principales componentes del hormigón son arena y grava, que a su vez contienen silicatos como el cuarzo o el feldespato. El agua alcalina reacciona con estos silicatos y forma un hidrato de silicato cálcico alcalino. Este mineral acumula humedad en su estructura, lo que hace que se expanda y agriete gradualmente el hormigón desde el interior.

Lo sorprendente aquí:la misma reacción química tiene lugar en numerosos trozos de grava dentro del hormigón; las piedras pequeñas se rompen una a una. La presión que se puede ejercer sobre toda una estructura debido a esta microreacción es enorme:un muro de presa, por ejemplo, puede expandirse unos pocos decímetros. Esto puede causar daños en los puntos de conexión laterales a la roca o deformaciones en el área de la esclusa. La reacción se produce de forma gradual, y el primer daño solo se nota en las estructuras afectadas después de diez a 15 años. Sin embargo, el continuo hinchamiento del hormigón puede reducir gravemente la vida útil de las estructuras.

En 2015, un equipo de científicos de Empa y del Instituto Paul Scherrer (PSI) logró identificar la estructura del cristal acuoso que desencadena la hinchazón en el hormigón. Esta estructura había sido previamente objeto de mucha especulación.

El descubrimiento inspiró un proyecto de investigación interdisciplinario financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza (SNSF). Además de Empa y PSI, también participan dos institutos de la EPFL. Las actividades de investigación están coordinadas por el investigador de Empa, Andreas Leemann. "Queremos estudiar y comprender la AAR en todas las dimensiones, desde el nivel atómico y las escalas de longitud en el rango de Angstrom hasta estructuras enteras en una escala de centímetros y metros, "explica Leemann.

Seis proyectos cubren todas las dimensiones

Se definieron seis subproyectos en el proyecto SNSF Sinergia:PSI está utilizando radiación de sincrotrón para estudiar la estructura de los productos de reacción con el fin de explicar sus fuentes. Los parámetros clave para la activación de los silicatos y la composición de los productos de reacción formados al principio se están estudiando en EPFL; es más, Se están utilizando simulaciones por computadora para investigar el impacto de la hinchazón en las estructuras.

Y en Empa, La formación de las grietas en el hormigón se está investigando a resolución espacial y temporal mediante tomografía computarizada en el Centro de Rayos X Empa, y los cristales acuosos se sintetizan en el laboratorio. Esto permite a los investigadores obtener mayores cantidades de la sustancia que normalmente se encuentra en grietas de tamaño nanométrico a micrométrico en trozos de grava. Solo con mayores cantidades de la sustancia en cuestión se pueden determinar con precisión las propiedades físicas, sin embargo. Los hallazgos no solo deberían ayudar a comprender mejor la AAR, también deberían revelar formas de evitar daños y, por tanto, costes. "Ya estamos en plena decodificación del fenómeno, que solo se ha entendido en fragmentos hasta ahora, ", dice Leemann. El proyecto de cuatro años se puso en marcha en mayo de 2017. Los primeros resultados ya están disponibles. El siguiente paso consistirá en vincular más estrechamente a los grupos individuales y aprovechar los resultados de los socios. Al final, esto debería proporcionar una imagen más completa de la AAR que permita medir con mayor eficacia el estado y el riesgo de las estructuras de hormigón y supervisar más científicamente el destino de los edificios afectados.