625

Jornadas SAM – CONAMET – AAS 2001, Septiembre de 2001
625-632
CONSIDERACIONES SOBRE LOS METODOS ELECTROQUIMICOS
DE REHABILITACION DE LAS ESTRUCTURAS CORROIDAS DE
CONCRETO ARMADO
a
a
b
b
J.A. González , E. Otero , A. Cobo y M.N. González
a
Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas (CENIM). Av. Gregorio del Amo, 8. 28040Madrid (España).
b
Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica de Madrid (EUATM). Av. Juan de Herrera, 6.
28040-Madrid (España).
RESUMEN
La experiencia disponible sobre los métodos electroquímicos de rehabilitación de las
estructuras de concreto armado (ECA) ya corroídas, demuestra que los cloruros pueden extraerse
de dichas estructuras y que el concreto carbonatado puede realcalinizarse. Pero el estado actual
de conocimientos no ha avanzado lo suficiente para disipar serias dudas sobre la eficacia de la
extracción electroquímica de cloruros (EEC), y de la realcalinización electroquímica (RAE).
Aún queda por resolver la controversia fundamental, que puede sintetizarse en la siguiente
pregunta:
¿Eliminadas las causas de la corrosión, se detiene ésta en las ECA ya corroídas?.
En el trabajo presente, se trata de encontrar respuesta experimental a dicha pregunta,
determinando las velocidades de corrosión de las armaduras ya corroídas, antes y después de
aplicada la EEC o la RAE.
Palabras clave
Acero, concreto, realcalinización electroquímica, extracción electroquímica de cloruros.
INTRODUCCION
Frecuentemente, se han promocionado las estructuras de hormigón armado como
construcciones con una vida en servicio ilimitada y con mínimas exigencias de mantenimiento.
Sin embargo, en ciertas circunstancias especialmente desfavorables, esto deja de ser cierto, pues
existen algunos factores de corrosión capaces de despasivar al acero embebido en el hormigón
[1], dando lugar a velocidades de corrosión que pueden plantear serios daños en pocos años. En
estas condiciones los deterioros conducen a la adopción de medidas preventivas, de costosas
reparaciones, o incluso a la demolición, dependiendo de que se hayan realizado inspecciones a
tiempo, a destiempo, o excesivamente tarde.
Cuando los daños afectan a una parte importante de la estructura, el procedimiento
convencional de reparación implica la eliminación del hormigón carbonatado o contaminado
con cloruros hasta detrás de las armaduras, la limpieza de éstas en todo su perímetro, el
reemplazamiento del hormigón afectado y, frecuentemente, la aplicación de algún tipo de
protección que evite nuevas reparaciones [2]. El proceso es muy caro, nocivo para los
trabajadores y para el entorno ambiental.
625
González, Otero, Cobo y González
Los métodos electroquímicos de rehabilitación de las ECA
La situación descrita explica que se dedique mucho esfuerzo y dinero a la búsqueda de
métodos alternativos a los procedimientos convencionales de reparación. Surgen así como
posibilidades muy sugestivas los métodos electroquímicos de rehabilitación: la protección
catódica (PC), la RAE y la EEC [3-8].
La realización práctica tiene muchas similitudes en los tres procedimientos. Se utiliza una
fuente de corriente externa con un ánodo auxiliar, de la misma extensión que la estructura, inerte
y formando parte de ella en el caso de la PC, externo y, frecuentemente, desechable y de escaso
coste en los casos de la RAE y la EEC. Toda la red de refuerzos se conecta al terminal negativo
de la fuente de corriente, forzándola a actuar como cátodo (Figura 1).
Figura 1. Esquema de las conexiones en los métodos electroquímicos de rehabilitación de las ECA
En el trabajo presente se analizan las posibilidades y limitaciones de la RAE y de la EEC,
que plantean incógnitas parecidas. Se deja aparte la PC, una aplicación utilizada ya desde hace
varios decenios y relativamente difundida y apreciada en la práctica, hasta el punto de que la
FHWA, la considera: <<La única técnica capaz de detener la corrosión de los tableros de puente,
cualquiera que sea el contenido de cloruros del hormigón>> [9].
Quizás fuese más correcto considerar los métodos electroquímicos de rehabilitación
(MER) como métodos de protección o prevención, en lugar de como métodos de rehabilitación,
puesto que no restablecen la estructura a su anterior estado. En efecto, los MER no reparan los
daños ya existentes sino que, en el mejor de los casos, evitan su propagación.
626
Jornadas SAM – CONAMET – AAS 2001
Sin embargo, no suelen realizarse inspecciones preventivas. Sólo se acude a los MER
cuando se han comprobado daños en las estructuras y, en el caso particular de las ECA, los
síntomas visibles aparecen con frecuencia demasiado tarde, para grados de deterioro
preocupantes. Esto, a pesar de la enorme transcendencia técnica, económica y social de la
corrosión en el sector de la construcción, cuyos costes anuales se cifran en unos 200.000
millones de pesetas en España [10]. La situación dista mucho de resultar satisfactoria, y
persisten como objeto de controversia cuestiones fundamentales para adoptar decisiones, a
algunas de las cuales trataremos de encontrar respuestas en esta comunicación, concretamente a
las siguientes:
¿Son eficaces la RAE y la EEC para prolongar la vida útil de las ECA?.
- ¿Son eficaces siempre, sólo en ocasiones, ... cuando?.
PARTE EXPERIMENTAL
Materiales
Para analizar las posibilidades de la RAE, se ha estudiado el comportamiento de refuerzos
de acero en soluciones saturadas de Ca(OH)2 y embebidos en pequeñas probetas (8x2x5.5 cm)
de mortero de cemento, con una relación de cemento/arena/agua = 1/3/0,5 que, para facilitar los
procesos de corrosión, se mantuvieron en una atmósfera de elevada humedad relativa, en torno
al 95%. El acero procedía de elementos estructurales prefabricados de concreto armado, con una
vida en servicio de 29 años, que habían sufrido un proceso de carbonatación hasta niveles más
profundos que el de los refuerzos. En muchas zonas se había desprendido ya el recubrimiento de
concreto, a causa de la corrosión. En ambos medios se utilizaron muestras de acero con
productos de corrosión y previamente decapadas en HCl del 50% con 2 g/l de
hexametilentetramina como inhibidor. Se aseguraba así la comparación inicial entre los estados
pasivo y activo, facilitando la comprobación de la repasivación, si se producía.
La EEC se prácticó en una losa de 60x90x7 cm, fabricada con mortero de cemento en dos
etapas, también con una relación de cemento/arena/agua = 1/3/0.5, una zona sin adiciones de
cloruros y otra con un 2%Cl en relación al peso de cemento. Se disponía así de armaduras en
estado pasivo y en estado activo, para analizar comparativamente las respuestas. Las armaduras
activas estaban fuertemente corroídas, pues la losa se había fabricado ya en 1993, para estudios
precedentes [1].
La puesta en obra de la RAE y la EEC guarda gran similitud, de manera que el esquema de
conexiones de la figura 1 es válido para ambos métodos, que dan lugar, con mayor o menor
intensidad, al conjunto de reacciones reproducidas en la figura 2.
Métodos
La evolución con el tiempo del comportamiento de los electrodos corroídos y limpios
(pasivos) se siguió a través de la medida de la resistencia de polarización (Rp) y del trazado de
las curvas de polarización. Procedimientos que permiten precisar el estado activo o pasivo de los
refuerzos. Es decir, la eficacia de los MER.
También se llevaron a cabo el trazado del perfil de cloruros y la prueba de la fenolftaleina,
los métodos cualitativos comunmente utilizados para comprobar si se extraen los cloruros o se
ha producido la realcalinización. Se efectuaron así mismo controles periódicos del potencial de
corrosión (Ecorr), para tratar de deducir si se han repasivado o no los electrodos corroídos, con la
diferencia sobre el proceder habitual de que se conocía con precisión el grado de humectación
del concreto asociado a cada medida.
627
González, Otero, Cobo y González
Figura 2. Representación esquemática de las reacciones que se desarrollan en los electrodos al
aplicar los MER.
RESULTADOS
La figura 3 muestra la evolución con el tiempo de las velocidades de corrosión (icorr),
estimadas a partir de medidas de la Rp, para los alambres de acero corroídos y decapados
sumergidos en la solución saturada de Ca(OH)2 y embebidos en probetas de mortero mantenidas
en una atmósfera de elevada humedad relativa. La muestra decapada sumergida en la solución
alcalina se activa a los 57 días, a causa de la carbonatación de ésta en las capas superficiales,
pero se repasiva al sumergirla en solución nueva, como demuestra la figura.
En la figura 4 se comparan las curvas de polarización de armaduras embutidas en zonas de
la losa con y sin adiciones de cloruros, es decir, precorroídas y limpias, meses después de
realizada la EEC. Puede comprobarse que las respuestas se diferencian casi dos órdenes de
magnitud en la rama anódica de las curvas, dependiendo del estado inicial de las armaduras, sin
que se detecten indicios de repasivación de las armaduras activas.
La figura 5, establece la relación existente entre el grado de precorrosión del acero y su
velocidad de corrosión, medida al mes de embutir los electrodos en pequeñas probetas de
mortero exentas de cloruros, las condiciones ideales, irrealizables, de una EEC perfecta.
Finalmente la figura 6 pone de manifiesto la enorme variación de los Ecorr de un mismo elemento
estructural con el grado de saturación de la red de poros del concreto, durante la humidificación
progresiva del mismo mediante esponjas empapadas en solución saturada de Ca(OH)2, o lo que
es igual, el cambio del potencial con la resistividad del concreto. En la misma figura se
superponen las zonas en que, según la normativa ASTM [11], se situan las ECA pasivas,
dudosas, o que se corroen en el estado activo.
628
Jornadas SAM – CONAMET – AAS 2001
Figura 3. Velocidades de corrosión de alambres decapados y corroídos sumergidos en una
solución saturada de Ca(OH)2 y en probetas de mortero de relación cemento/arena/agua =
1/3/0.5, mantenidas en una atmósfera de HR≈95%.
Figura 4. Curvas de polarización de una armadura pasiva () y otra activa (---) de la losa al
finalizar la EEC
629
González, Otero, Cobo y González
Figura 5. Valores de la icorr en función del grado de precorrosión de los electrodos . Contraste
entre los resultados obtenidos antes y después de la EEC.
Figura 6. Evolución de los Ecorr en función del grado de humectación de la red de poros del
concreto durante la humidificación progresiva del mismo
DISCUSION
Las forma más sencilla y utilizada de comprobar el éxito de la RAE consiste en rociar la
superficie de testigos recientemente extraidos con una solución alcohólica de fenolftaleina, el
indicador colorea de rosa la zona realcalinizada, mientras que no altera la apariencia de la
carbonatada. La extracción de cloruros se comprueba determinando su perfil, en función de la
profundidad, antes y después de aplicado el tratamiento de rehabilitación. En ambos casos es
frecuente acompañar tales datos con medidas del Ecorr, asimilando el éxito a desplazamientos
significativos de esta variable hacía valores menos negativos, pero sin precisar nunca las
condiciones en que se realizaron las medidas.
630
Jornadas SAM – CONAMET – AAS 2001
Pero estas comprobaciones cualitativas no deben satisfacer al investigador, pues si son
condiciones necesarias para el retorno de los refuerzos al estado pasivo, puede ser que resulten
insuficientes. Que la realcalinización se produce y los cloruros se extraen está fuera de dudas [38], que los potenciales se ennoblecen también. Pero, curiosamente, en la bibliografía sobre el
tema nunca se especifican las condiciones en las que se realizaron las medidas de potencial. Y
los resultados demuestran que la misma estructura puede catalogarse como pasiva, dudosa, o
activa (Fig. 6), sin más que imponer un grado de humidificación adecuado para conseguir los
Ecorr "convenientes". En consecuencia, las medidas de potencial, si no se especifica además el
grado de humectación (o la resistividad del concreto) son insuficientes, pudiendo inducir errores
muy graves.
Los MER (RAE y EEC) no pueden considerarse como un fin en si mismos, sino como un
camino para repasivar las armaduras, la única garantía de durabilidad de las ECA. Y para
garantizar la repasivación habría que recurrir a determinar parámetros directamente relacionados
con la velocidad de corrosión, como las icorr derivadas de la medida de resistencias de
polarización (Figura 3), o el trazado de las curvas de polarización, con respuestas muy diferentes
para los estados activo y pasivo (Figura 4).
Tanto la solución saturada de Ca(OH)2, que reproduce, muy aproximadamente, la fase
acuosa de la red de poros del concreto, como un mortero nuevo y totalmente exento de clorruros,
deberían provocar la repasivación de los redondos de acero, si la RAE y la EEC son, como se
pretende, métodos eficaces de rehabilitación de las ECA dañadas por corrosión.
Una situación tan favorable para la repasivación como la conseguida al rodear los
alambres, corroídos previamente por efecto de la carbonatación o los cloruros, con solución
saturada de Ca(OH)2 o con un mortero de cemento nuevo, no sería nunca posible con la RAE ni
la EEC. En efecto, la RAE no restablece la alcalinidad total del hormigón sin carbonatar, porque
no modifica las fases sólidas resultantes de la carbonatación, ni la EEC consigue nunca una
extracción total. Pues bien, a pesar de todo, las icorr de los electrodos fuertemente corroídos por
carbonatación, son 2-3 órdenes de magnitud superiores, meses después de sumergidos en
Ca(OH)2 saturado, o fabricadas con ellos probetas de mortero sin cloruros (Fig. 3), demostrando
que no se ha producido la repasivación. Del mismo modo, las curvas de polarización de las
armaduras embebidas en la zona con cloruros de la losa dan respuestas en corriente, para los
mismos potenciales, unas 100 veces superiores que las armaduras embebidas en la zona sin
cloruros, meses después de aplicada la EEC.
La información contenida en la figura 5 despeja una de las incógnitas que motivaron la
realización de la investigación, la existencia o no de una relación entre el grado de precorrosión
del acero y la eficacia de los MER. Los resultados prueban que existe una estrecha relación entre
el grado de precorrosión y las velocidades de corrosión posteriores a los tratamientos de
rehabilitación. En otras palabras, los MER no aseguran siempre la repasivación de los refuerzos.
Sólo en el caso de una corrosión incipiente se consigue retornar a velocidades de corrosión
propias del estado pasivo. Por ejemplo, en el caso de los electrodos con icorr muy inferiores a 1
2
2
µA/cm se consiguen reducciones hasta valores del orden de 0,1 µA/cm al embutirlos en
mortero totalmente exento de cloruros (Fig. 5); o bien en los electrodos limpios sumergidos en
solución saturada de Ca(OH)2 que se activan a los 57 días por carbonatación de la solución, y
que se repasivan rápidamente si dicha solución se renueva de inmediato (Figura 3).
Habría, pues, un cierto grado de corrosión a partir del cual sería imposible la repasivación,
de manera que los MER resultarían posiblemente eficaces en las etapas iniciales de un ataque
desencadenado por cloruros o carbonatación y, también, como medida preventiva, para
prolongar la vida en servicio de las EHA, si se aplican antes de que el frente de carbonatación
631
González, Otero, Cobo y González
alcance los refuerzos, o los cloruros lleguen al nivel de las armaduras en cantidad suficiente para
provocar su despasivación. Pero, es necesario insistir de nuevo en ello, sólo excepcionalmente se
realizan inspecciones preventivas y, debido a que las armaduras no son accesibles visualmente,
la sintomatología visible de la corrosión aparece en las ECA cuando los daños son ya
importantes, y el recurso a los métodos de rehabilitación es de temer que resulte ineficaz.
CONCLUSIONES
„ La RAE y la EEC no pueden considerarse como un fin en si mismas, sino como medios para
lograr la repasivación de los refuerzos, en ECA dañadas por corrosión.
„ Los MER no son capaces de repasivar superficies de acero muy corroídas.
„ Los MER son capaces, en cambio, de repasivar al acero con grados de corrosión incipientes.
„ La MER pueden considerarse como métodos adecuados de prevención pero, estrictamente
hablando, no como métodos de rehabilitación.
REFERENCIAS
1. J.A. González, M. Benito, A. Bautista y E. Ramirez, "Inspección y diagnóstico de las
estructuras de hormigón armado", Rev. Metal. Madrid, 30 (1994), 271.
2. M. Fernández Cánovas, "Patología y Terapéutica del Hormigón Armado". 2 Edición.
Editorial Dossat, S.A. Barcelona, 1984. pp. 443-473.
3. J. Mietz, "Electrochemical rehabilitation Methods for Reinforced Concrete Structures".
Publicación Nº 24 de la European Federation of Corrosion. The Institute of Materials,
London 1998.
4. Tritthart, "Electrochemical chloride removal – a case study and laboratory tests”, en
"Corrosion of Reinforcement in Concrete Construction". Eds. C.L. Page, P.B. Bamforth and
J.W. Figg, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1996, pp. 433-447.
5. A.J. van den Hondel and R.B. Polder, "Electrochemical realkalisation and chloride removal
of concrete". Construction Repair, 19, Sept./Oct. (1992), 20.
6. J.A. González, A. Cobo, M.N. González and E. Otero, Mater. Corros., 51 (2000), 97.
7. G. Sergi, R.I. Walker and C.L. Page, "Mechanisms and criteria for the realkalisation of
concrete", en "Corrosion of Reinforcement in Concrete Construction". Eds. C.L. Page, P.B.
Bamforth and J.W. Figg, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1996, pp. 491-500.
8. E. Pazini, P. Castro y P. Helene, “Corrosión en estructuras de concreto armado. Teoría,
inspección, diagnóstico, vida útil y reparaciones”. Ed. P. Castro. IMCYT; México D.F.,
1998, pp. 93-116.
9. S. Wyatt and D.I. Irvine: Mater. Perf., 26 (Dec), 12 (1987).
10. R. Martínez, "Inhibidores de corrosión para hormigón armado", Hormigón, (n 38) (1998)
48.
11. Norma ASTM C876-87, Satandard test Method for Half-Cell Potentials of Uncoated
Reinforcing Steel in Concrete”.
632