la extracción electroquímica de cloruros como técnica de

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XI CONGRESO INTERNACIONAL DE REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO ARQUITECTÓNICO Y EDIFICACIÓN
MODULO 1
LA EXTRACCIÓN ELECTROQUÍMICA DE CLORUROS COMO TÉCNICA DE REHABILITACIÓN DE
ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO
A. Cobo(1), M. I. Prieto(2), M. N. González(3)
(1) (2) Departamento de Tecnología de la Edificación. Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica.
Universidad Politécnica de Madrid. Avda. Juan de Herrera, 6,
28040, Madrid, España
(3)Departamento de Construcciones Arquitectónicas y su Control. Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica.
Universidad Politécnica de Madrid. Madrid, España
alfonso.cobo@upm.es (1)
mariaisabel.prieto@upm.es (2)
mariadelasnieves.gonzalez@upm.es (3)
RESUMEN
Después de más de un siglo de uso de las estructuras de
hormigón armado (EHA), todavía persisten dudas sobre las
preguntas fundamentales acerca del comportamiento del
acero corroído.
La sustitución de los métodos tradicionales de reparación
de EHA, que implican la eliminación del hormigón
contaminado hasta por detrás de la armadura, por otros
menos costosos y peligrosos para los trabajadores y el
medio ambiente, representaría un logro considerable.
No sólo supondría una mejora económica y técnica, sino
que también tendría una gran importancia social debido a
la relevancia del sector de la construcción en la calidad de
vida.
En este trabajo se analizan las experiencias realizadas
para dar respuesta a la pregunta siguiente: ¿Es posible
detener la corrosión una vez iniciada?
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1. INTRODUCCIÓN
Para ello se ha estudiado el comportamiento del acero
limpio y precorroído embebido en losas de mortero de
cemento.
El análisis de las técnicas electroquímicas aplicadas
permite afirmar que una vez iniciado la corrosión y
desarrollada en niveles importantes, no es posible la
repasivación del acero, pero pueden ser métodos eficaces
para prevenir la corrosión en el caso de que se utilicen
antes de que se produzca la transición del estado pasivo al
activo. Si se aplican demasiado tarde, las técnicas
electroquímicas de rehabilitación son inútiles como medio
de repasivación de las armaduras.
PALABRAS CLAVE: Corrosión; Cloruros; Extracción
electroquímica.
La importancia económica, técnica y social de la industria
de la construcción hace que el deterioro de las estructuras
de hormigón armado sea el mayor reto de la ingeniería civil
en el mundo desarrollado. [1] [2]
El estado natural del acero en el hormigón es el estado
pasivo, y si se mantiene en este estado, la durabilidad de
las EHA puede ser considerada casi ilimitada.
Sin embargo, la carbonatación del hormigón por el CO2 de
la atmósfera y la penetración de iones cloruro del medio
ambiente al nivel de las barras de refuerzo puede destruir
su pasividad, lo que provoca la corrosión y reducir
drásticamente la durabilidad de las EHA.
Los métodos electroquímicos de rehabilitación, en concreto
la realcalinización electroquímica y la extracción
electroquímica de cloruros, aparecen como un medio muy
prometedor para prevenir este deterioro en ambientes
altamente corrosivos. [3] [4] [5] [6] [7] [8]
La aplicación de inhibidores de la corrosión en estructuras
de hormigón armado es posible mediante su aplicación a la
superficie externa del hormigón endurecido. El inhibidor
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debe difundirse a través de la superficie de hormigón y
llegar a la armadura en una concentración suficientemente
alta para detener la corrosión del acero.
Este trabajo trata de ofrecer respuestas adecuadas a las
preguntas siguientes:
¿Es posible detener la corrosión, una vez que ha
comenzado?
¿Se puede repasivar el acero ya corroído?
Para dar respuesta a estas preguntas se ha realizado un
análisis de las respuestas de armaduras, en dos estados:
limpias y previamente corroídas, embebidas en losas de
mortero de cemento con y sin contaminación por cloruros,
empleando técnicas electroquímicas.
2 - MATERIALES Y MÉTODOS EXPERIMENTALES
Para las pruebas de extracción electroquímica de cloruros,
se ha empleado una losa de mortero de cemento de 90 x
65 x 7 cm, fabricada hace más de una década con una
proporción cemento / arena / agua de 1/3/0,5, según se
puede observar en la figura 1.
Una parte losa se fabricó sin aditivos, para simular el
comportamiento de las armaduras pasivas, y otra con una
adición de 2% de CaCl2, para simular el comportamiento
de las armaduras activas.
Se realizaron mediciones del potencial de corrosión (Ecorr),
y de la velocidad de corrosión de las armaduras en la losa.
Para la realización de las mediciones de potenciales se
empleó como referencia un electrodo de calomelanos
saturado (RE) situado sobre la superficie de las losas.
Una de las armaduras actuaba como el electrodo de
trabajo (WE) y las dos barras adyacentes, como contraelectrodo (EC).
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MODULO 1
La eliminación electroquímica de cloruros se inició después
de varias semanas de humectación progresiva de las losas,
una vez que el comportamiento de las armaduras se había
estabilizado de modo que los valores del Ecorr y de la
velocidad de corrosión ya no sufrían alteraciones
significativas.
1ª EXTRACCIÓN
Duración (h)
Intensidad (mA)
Dens. (A/m2 mortero)
Dens. (A/m2 acero)
Carga total (A h/m2 acero)
La Extracción Electroquímica de Cloruros se llevó a cabo
durante 6 semanas, utilizando una densidad de corriente
de 2 y 19 A/m2 (tabla 1) en relación con la superficie de
armadura; primero en un lado de la losa y luego en el otro.
Después de cada extracción se determinó la evolución de
los parámetros electroquímicos.
2ª EXTRACCIÓN
165
66
0,50
2,00
990
864
66
0,50
2,00
5180
3ª EXTRACCIÓN
171
330
2,43
10,31
5130
4ª EXTRACCIÓN
522
330
2,43
10,31
15840
Tabla 1. Parámetros determinados durante la Extracción Electroquímica de Cloruros
La evolución en el tiempo del comportamiento de los
electrodos corroídos y limpios se controló por medio de
mediciones de resistencia de polarización. Las curvas de
polarización se realizaron a una velocidad de escaneo de
potencial de 1 mV/s.
Antes y después del proceso de eliminación, se tomaron
probetas de mortero de ambos lados de las losas, con el fin
de determinar los perfiles de cloruros como función de la
profundidad.
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MODULO 1
3. RESULTADOS EXPERIMENTALES
La figura 2 muestra los porcentajes de cloruros que se
eliminan a diferentes profundidades en la losa, después de
aplicar el procedimiento por ambos lados. Después de la
eliminación, los contenidos de cloruro restantes están por
debajo de los umbrales máximos permitidos por la mayoría
de las normas para las estructuras nuevas, el 0,4% del
peso del cemento.
La evolución de la velocidad de corrosión y Ecorr se
representa en las Figuras 3 y 4, respectivamente,
comparando los valores obtenidos en las zonas con y sin
eliminación de cloruros y la relación de éstas con los
valores correspondientes a armaduras pasivas en la losa
sin cloruros.
La Extracción Electroquímica de Cloruros no cambia las
velocidades de corrosión de las barras de refuerzo
previamente corroídas y sin embargo se traduce en un
sorprendente ennoblecimiento de los valores de Ecorr.
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Figura 3. Evolución del potencial de corrosión de
armaduras en la losa
Figura 4. Velocidad de corrosión en la losa antes de la
extracción y después de la eliminación de cloruro de
electroquímica en un lado (1 ª y 2 ª etapas) y en ambos
lados (3 ª y 4 ª etapas)
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MODULO 1
En la figura 5 se comparan las curvas de polarización de
barras situadas en las zonas de la losa con y sin cloruros
después de finalizado el proceso de extracción.
Figura 5. Curvas de polarización de armaduras activas y
pasivas después de la extracción de cloruros en ambos
lados (------- activo, pasivo -----)
4. DISCUSIÓN
El hecho de que los cloruros se eliminan no ofrece lugar a
dudas, así como el ennoblecimiento de los potenciales
después del proceso de extracción. Sin embargo, las
medidas de potencial por sí solas no son suficientes y
siempre deben ir acompañadas de algún tipo de
determinación cuantitativa de la corrosión de las armaduras:
la estimación de la velocidad de corrosión mediante las
mediciones de resistencia de polarización o de la obtención
de curvas de polarización. Las mediciones en las áreas de
la losa donde se aplicó el método no difieren
significativamente de las determinadas en las zonas no
sometidas a la extracción, manteniendo un valor estable de
10 μA/cm2, característica del estado activo.
La respuesta a la pregunta fundamental: ¿Una vez que las
causas de la corrosión se han eliminado, se detiene la
corrosión de armaduras en estructuras de hormigón
armado? debe ser negativa.
5. CONCLUSIONES
La Extracción Electroquímica de Cloruros es capaz de
eliminar la causa que ha provocado la corrosión, pero no
puede detener el daño si el proceso de deterioro es
avanzado.
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MODULO 1
Referencias
[1] Corrosion Costs and preventive strategies in the United
States” , NACE, FHWA-RD-01-156,
Houston, United States, 2002.
[2] W.D. Collins, R.E. Weyers, I.L. Al-Qadi, “Chemical
treatment of corroding steel reinforcement
after removal of chloride-contaminated concrete”, Corrosion.
49, 1993, pp. 74.
[3] J. Mietz, “Electrochemical Rehabilitation Methods for
Reinforced Concrete Estructures.
European Federation of Corrosion”, The Institute of
Materials, 24, 1998.
[4] J. Mietz, “Electrochemical realcalinisation for
rehabilitation of reinforced concrete structures”,
Materials Corrosion. 46, 1995, pp. 527.
[5] J. Tritthart, J, “Electrochemical chloride removal – a
case study and laboratory tests, in: C.L.
Page; P.B. Bamforth, J.W. Figg (Eds.)", Corrosion of
Reinforcement in Concrete Construction,
Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1996, pp. 433-447.
[6] A. Cobo, E. Otero, M.N. González, J.A. González,
“Electrochemical chloride removal from
reinforced concrete structures and its ability to repassivate
prerusted steel surfaceds”,.
Materials Corrosion, 52, 2001, pp. 581.
[7] J.M. Miranda, “Análisis de las posibilidades de
repasivación de las estructuras corroídas de
hormigón armado”. Tesis Doctoral, Univ. Complutense de
Madrid, Facultad de Ciencias
Químicas, Madrid, 2004.
[8] A.Cobo, “Comprobación de la eficacia de la
realcalinización y de la extracción
electroquímica de cloruros como métodos de rehabilitación
de las estructuras corroídas de
hormigón armado”, Tesis Doctoral, Universidad Politécnica
de Madrid, E.T.S. Ingenieros de
Caminos,
Canales
y
Puertos,
Madrid,
2001.