Entre 1930 y 2019, el hormigón de cemento absorbió 21,02 gigatoneladas de dióxido de carbono de la atmósfera[s]. Esto parece una buena noticia para el clima, y en sí misma lo es. Pero esta absorción tiene un costo: la misma reacción química que extrae CO₂ del aire también puede provocar el deterioro a largo plazo del hormigón armado. Comprender la corrosión por carbonatación del hormigón es clave para entender por qué los puentes se agrietan, los aparcamientos se desmoronan y los presupuestos de infraestructura se disparan.
La química es sencilla. El hormigón fresco es altamente alcalino, con un pH entre 12 y 13[s]. Esta alcalinidad crea una fina película protectora alrededor de las barras de refuerzo de acero incrustadas en su interior, protegiéndolas de la oxidación. El problema es que el CO₂ atmosférico se difunde gradualmente en el hormigón y reacciona con el hidróxido de calcio de la matriz de cemento, formando carbonato de calcio. Esta reacción, llamada carbonatación, reduce el pH a alrededor de 9[s]. Cuando el pH desciende tanto, la capa protectora alrededor del acero se vuelve inestable y comienza la corrosión.
Cómo avanza la corrosión por carbonatación del hormigón
La carbonatación es un proceso lento y continuo que depende de las condiciones ambientales. Las tasas máximas de carbonatación se producen cuando el hormigón se encuentra en aire con una humedad relativa entre el 55% y el 75%[s]. Si está demasiado seco, el CO₂ no puede disolverse en el agua de los poros para reaccionar; si está demasiado húmedo, los poros saturados bloquean la penetración del CO₂. Ese rango intermedio plantea un problema práctico de durabilidad, ya que proporciona tanto agua en los poros como vías abiertas para el CO₂.
Cuando el frente de carbonatación alcanza el refuerzo de acero, la corrosión comienza si hay suficiente humedad y oxígeno[s]. La capa pasiva protectora que rodea el acero de refuerzo se desestabiliza cuando el pH desciende por debajo de aproximadamente 11,4, aunque algunas fuentes citan umbrales tan bajos como 9,0, lo que hace que el acero sea susceptible a la corrosión[s]. Los ingenieros describen este proceso en dos etapas: despasivación (la ruptura de la capa protectora) y propagación (oxidación activa).
Los productos de la corrosión generan el daño visible. Los óxidos de hierro formados durante la oxidación ocupan más volumen que el acero original. Esta expansión genera presión interna dentro del hormigón[s]. La acumulación de presión interna provoca grietas pronunciadas y, con el tiempo, trozos de hormigón se desprenden de la superficie[s]. Las zonas de carbonatación en las estructuras de hormigón pueden provocar la corrosión del refuerzo de acero, lo que resulta en daños físicos como desconchados y grietas[s].
La magnitud del problema
La principal causa de deterioro prematuro de las estructuras de hormigón es la corrosión del refuerzo relacionada con la carbonatación o la penetración de cloruros[s]. En Estados Unidos, el informe de infraestructura de la ASCE de 2025 enumera 623.218 puentes, de los cuales el 6,8% se encuentra en mal estado; un informe de 2026 de la Asociación Nacional de Fabricantes, que cita a ARTBA, señala que casi el 42% de los puentes estadounidenses tienen más de 50 años[s][s]. Muchas de estas estructuras envejecidas se construyeron antes de que los ingenieros comprendieran plenamente los mecanismos de corrosión por carbonatación del hormigón o dispusieran de herramientas para predecir su vida útil.
Los enfoques de diseño que ignoran la durabilidad frente a la carbonatación pueden producir estructuras en las que el frente de carbonatación alcance el recubrimiento de las barras de refuerzo en 50 años, iniciando la corrosión[s]. A medida que la carbonatación reduce la alcalinidad, promueve la corrosión del acero, las grietas y la pérdida de rigidez, lo que socava la sostenibilidad a largo plazo del hormigón armado[s].
El dilema del hormigón bajo en carbono
Los esfuerzos modernos por reducir la huella de carbono del hormigón han creado una tensión inesperada. Los materiales cementicios suplementarios, como la escoria, las cenizas volantes y los cementos de arcilla calcinada con piedra caliza (LC3), reducen significativamente las emisiones de CO₂ durante la producción. También mejoran la resistencia a la penetración de cloruros. Sin embargo, estos hormigones bajos en carbono suelen mostrar menor resistencia a la carbonatación que el hormigón tradicional de cemento Portland[s].
Incluso cuando el hormigón de escoria y el de Portland alcanzan la misma resistencia a la compresión a los 28 días, el hormigón de escoria muestra menor resistencia a la carbonatación[s]. La carbonatación del hormigón puede alterar sus características de penetrabilidad en direcciones opuestas según la mezcla: en el hormigón de cemento Portland, la carbonatación suele densificar la microestructura, mientras que en los hormigones que contienen materiales cementicios suplementarios, a menudo aumenta la permeabilidad, la sorptividad y la conductividad eléctrica[s].
Esto plantea un desafío de diseño. Usar la profundidad de carbonatación como único estado límite de durabilidad es muy conservador, ya que la carbonatación no equivale directamente a daños estructurales[s]. El inicio y la propagación de la corrosión dependen del espesor del recubrimiento, las condiciones de humedad, la estructura de los poros y la química de estos, no solo de la profundidad de carbonatación. Normativas más estrictas que simplemente prohíban el uso de aglomerantes bajos en carbono en condiciones de exposición a la carbonatación pueden ser excesivamente restrictivas sin proteger realmente las estructuras.
Qué determina la profundidad de carbonatación
El análisis de 800 puntos de datos experimentales identificó el tiempo de curado, la temperatura y el contenido de humo de sílice como factores clave en la profundidad de carbonatación del hormigón de ultra alto rendimiento reforzado con fibras[s]. La relación agua-cemento del hormigón también es significativa: relaciones más bajas producen hormigón más denso con poros más pequeños, lo que ralentiza el avance del frente de carbonatación. El espesor del recubrimiento, es decir, el grosor de hormigón que protege el acero, proporciona el principal amortiguador contra la corrosión por carbonatación que alcanza el refuerzo.
La carbonatación imita la meteorización natural de las rocas, un proceso termodinámicamente favorable que ha secuestrado carbono en minerales durante miles de millones de años[s]. Sin embargo, los productos carbonatados formados durante la reacción pueden obstruir los poros minerales y cubrir las superficies, dificultando la penetración adicional de CO₂ y la lixiviación de iones[s]. Este comportamiento autolimitante significa que la carbonatación puede ralentizarse a medida que avanza, en lugar de progresar a un ritmo constante.
Soluciones de ingeniería
Protegerse contra la corrosión por carbonatación del hormigón requiere ralentizar la carbonatación o aceptar su progresión mientras se protege el acero por otros medios. Los recubrimientos superficiales pueden frenar la entrada de CO₂. Aumentar el espesor del recubrimiento da al frente de carbonatación más distancia que recorrer. Los inhibidores de corrosión mezclados en el hormigón o aplicados al acero pueden retrasar el inicio de la oxidación activa incluso después de que la carbonatación alcance el refuerzo.
La protección catódica ofrece una forma de detener la corrosión incluso en hormigón carbonatado, al repasivar electroquímicamente el acero[s]. Esta técnica se ha utilizado con éxito en estructuras históricas donde la eliminación del hormigón carbonatado dañaría el carácter del edificio. El enfoque requiere monitoreo continuo y suministro de energía, pero puede extender la vida útil si se mantiene adecuadamente.
La tensión fundamental persiste: la corrosión por carbonatación del hormigón es el precio lento que pagan las estructuras por la estabilidad química que hace útil al hormigón. Gestionarla exige comprender la química, predecir su avance y diseñar para la durabilidad, en lugar de esperar que el problema permanezca invisible hasta que lo herede otra persona.
Entre 1930 y 2019, el hormigón de cemento absorbió 21,02 gigatoneladas de CO₂ mediante carbonatación por meteorización natural[s]. Este sumidero de CO₂ representa un aspecto significativo, aunque a menudo pasado por alto, del balance de carbono de la industria cementera. La reacción de carbonatación, aunque termodinámicamente favorable, puede iniciar una cascada de degradación que culmina en la corrosión del acero embebido; RILEM identifica la corrosión del refuerzo relacionada con la carbonatación o la penetración de cloruros como la principal causa de deterioro prematuro en estructuras de hormigón[s].
El hormigón fresco de cemento Portland mantiene un pH de la solución en los poros de 12-13, generado por hidróxido de calcio (Ca(OH)2) e hidróxidos alcalinos (NaOH, KOH)[s]. Esta alcalinidad mantiene una película pasiva de óxido de hierro en la superficie del refuerzo. La carbonatación avanza cuando el CO₂ atmosférico se difunde en la red de poros y reacciona con el Ca(OH)2: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O. La reacción consume iones hidróxido, reduciendo el pH a aproximadamente 9[s].
Mecanismos moleculares de la corrosión por carbonatación del hormigón
Simulaciones recientes de dinámica molecular y metadinámica bien temperada han esclarecido los cinco pasos críticos en la mineralización de CO₂ en superficies de portlandita: adsorción de agua, disolución de calcio, adsorción de CO₂, especiación del CO₂ y emparejamiento iónico de CaCO3[s]. Los sitios de defectos en escalón en la superficie mineral actúan como los principales puntos reactivos para la disolución de calcio, mientras que el entorno ácido-base de la película de agua nanométrica modula la cinética de la reacción[s].
Las condiciones cuasi neutras o ligeramente básicas optimizan la eficiencia de la mineralización al equilibrar los efectos opuestos del pH en la disolución de calcio y la especiación del CO₂[s]. En condiciones ácidas, la disolución de Ca2+ se acelera, pero el CO₂ permanece principalmente como CO₂ disuelto en lugar de iones carbonato. En condiciones altamente básicas, dominan las especies de carbonato, pero la disolución de calcio se ralentiza. El rango de pH intermedio maximiza la probabilidad de encuentro entre los iones calcio y carbonato disueltos.
Las tasas máximas de carbonatación se producen con una humedad relativa entre el 55% y el 75%[s]. Por debajo de este rango, la escasez de agua en los poros limita la disolución y difusión del CO₂. Por encima, los poros saturados de agua impiden el transporte de CO₂ gaseoso. El modelo del núcleo que se contrae describe la cinética de la carbonatación: a medida que la reacción avanza desde la superficie hacia el interior, se precipita una capa de pasivación de CaCO3 en las superficies de las partículas, dificultando la transferencia de masa adicional de CO₂ y la lixiviación de Ca2+[s].
Despasivación y propagación de la corrosión
La capa pasiva en el refuerzo de acero se vuelve inestable cuando el pH de la solución en los poros desciende por debajo de aproximadamente 11,4, aunque algunas fuentes citan umbrales tan bajos como 9,0[s][s]. La discrepancia refleja que la despasivación depende de las condiciones locales en la superficie del acero, incluyendo la concentración de cloruros, la disponibilidad de humedad y el acceso de oxígeno.
Las tasas de corrosión en el hormigón carbonatado varían en un amplio rango. Las densidades de corriente de corrosión medidas oscilan entre 0,08 μA/cm2 (despreciable) y 2 μA/cm2 (alta)[s]. Estas corrientes corresponden a pérdidas de sección transversal que van desde 0,0008 mm/año hasta 0,02 mm/año. En el extremo superior, una barra de refuerzo de 10 mm de diámetro podría perder el 10% de su área transversal en 25 años.
Los productos de la corrosión, principalmente óxidos de hierro expansivos, generan tensiones internas que superan la resistencia a la tracción del hormigón. La corrosión de las barras de refuerzo produce formaciones expansivas de óxido de hierro, generando presión interna que provoca grietas pronunciadas en las muestras y, en última instancia, compromete la integridad estructural[s]. Las zonas de carbonatación en las estructuras de hormigón provocan daños físicos, como desconchados, grietas, reducción de la resistencia a la compresión, pérdida de sección transversal del acero y degradación de la adherencia acero-hormigón[s].
Implicaciones de durabilidad para aglomerantes bajos en carbono
Los materiales cementicios suplementarios (MCS), como la escoria, las cenizas volantes y el LC3, reducen el contenido de clínker y las emisiones asociadas de CO₂. Sin embargo, incluso cuando el hormigón de escoria y el de Portland alcanzan la misma resistencia a la compresión a los 28 días, el hormigón de escoria muestra menor resistencia a la carbonatación[s]. El menor contenido de Ca(OH)2 en los cementos mezclados proporciona menos capacidad de amortiguación frente a la reducción del pH.
La carbonatación altera las características de penetrabilidad de manera diferente según la composición del aglomerante. En el hormigón de cemento Portland, la carbonatación suele densificar la microestructura a medida que el CaCO3 llena los poros. En los hormigones que contienen MCS o LC3, la carbonatación a menudo aumenta la permeabilidad, la sorptividad y la conductividad eléctrica[s]. Este comportamiento contraintuitivo significa que los hormigones bajos en carbono carbonatados pueden ser más vulnerables a la posterior penetración de humedad y cloruros que sus equivalentes de cemento Portland.
Los marcos de diseño que consideran solo la profundidad de carbonatación como estado límite de durabilidad son muy conservadores[s]. Que la carbonatación alcance el refuerzo no causa daños estructurales inmediatos. El inicio y la propagación reales de la corrosión dependen del espesor del recubrimiento, las condiciones de humedad, la química de los poros y los ciclos de exposición. Estudios de caso demuestran que, sin considerar la durabilidad frente a la carbonatación, la profundidad de carbonatación después de 50 años puede superar un recubrimiento de 25 mm, lo que lleva a una posible corrosión[s].
Modelado predictivo y evaluación
Se han aplicado enfoques de aprendizaje automático para predecir la profundidad de carbonatación con resultados prometedores. El análisis de 800 puntos de datos experimentales identificó el tiempo de curado, la temperatura y el contenido de humo de sílice como determinantes clave de la profundidad de carbonatación en el hormigón de ultra alto rendimiento reforzado con fibras, logrando una precisión predictiva de R2 = 0,83 mediante la búsqueda de tuberías impulsada por inteligencia artificial para regresión[s]. Estos modelos pueden tener en cuenta interacciones complejas entre variables de diseño de mezclas que las ecuaciones empíricas simples pasan por alto.
El Comité Técnico de RILEM sobre Propiedades de Durabilidad Relacionadas con la Corrosión del Hormigón Bajo en Carbono está desarrollando estrategias de evaluación de desempeño que combinan múltiples parámetros materiales para una predicción holística de la durabilidad[s]. El comité señala que depender de parámetros únicos, como la profundidad de carbonatación, subestima la verdadera resistencia a la corrosión de muchas mezclas bajas en carbono, mientras que potencialmente sobrestima la de las mezclas tradicionales en condiciones específicas de exposición.
Contexto de la infraestructura
En Estados Unidos, el informe de infraestructura de la ASCE de 2025 enumera 623.218 puentes, de los cuales el 6,8% se encuentra en mal estado; un informe de 2026 de la Asociación Nacional de Fabricantes, que cita a ARTBA, señala que casi el 42% de los puentes estadounidenses tienen más de 50 años[s][s]. Muchos se diseñaron antes de que se comprendieran plenamente los mecanismos de corrosión por carbonatación del hormigón o se dispusiera de herramientas computacionales para predecir su vida útil. Las opciones de rehabilitación incluyen la protección catódica, que puede repasivar el acero incluso en hormigón carbonatado al elevar electroquímicamente el pH local en la superficie del acero[s].
La mineralización de CO₂ mediante residuos sólidos alcalinos podría fijar teóricamente aproximadamente 4,02 Gt de CO₂ al año en todo el mundo; en comparación con las 37,8 Gt de CO₂ relacionadas con la energía emitidas en 2024, citadas en la misma revisión, esto equivale a aproximadamente una décima parte de las emisiones anuales relacionadas con la energía[s]. Sin embargo, acelerar intencionalmente la carbonatación para el secuestro de carbono debe equilibrarse con las implicaciones de durabilidad para las estructuras reforzadas. El desafío de ingeniería radica en optimizar la carbonatación para la captura de carbono mientras se gestionan los riesgos de corrosión por carbonatación del hormigón mediante espesores de recubrimiento adecuados, selección de aglomerantes y protocolos de monitoreo.
