anexos - Tesis Electrónicas UACh

Universidad Austral de Chile
Facultad de Ciencias de la Ingeniería
Escuela de Ingeniería Civil en Obras Civiles
“DESEMPEÑO DE EVALUACIÓN DE LA
DEGRADACIÓN DEL REFUERZO DE HORMIGONES
ARMADOS PROTEGIDOS CON IMPERMEABILIZANTE
EN UN MEDIO INDUSTRIAL DE RESIDUOS LÁCTEOS”
Tesis para optar al título de:
Ingeniero Civil en Obras Civiles
Profesor patrocinante:
Dr. Ing. Ernesto Zumelzu D.
Profesor copatrocinante:
M Sc. Carlos Cabezas C.
ANDREA ELIZABETH ROCHA PALAVECINOS
VALDIVIA-CHILE
2005
A mis queridos padres, Carmen Gloria y Leonel, que hacen posible que realice
todos mis sueños. Gracias por su preocupación, amor incondicional, esfuerzo y
apoyo en todo momento.
Marcelo, gracias por tu apoyo que fue esencial para mí, te quiero mucho.
A Beatriz y Carlos, por su ayuda y respaldo.
A mis sobrinos, Cristóbal y Benjamín.
Gracias Jose Luis por tu apoyo, tu comprensión en momentos difíciles, tu
amor y la gran ayuda que me brindaste para realizar mi memoria. Te quiero
mucho.
Agradezco a mis profesores, Don Ernesto y Don Carlos, que me apoyaron y
guiaron a lo largo de mi trabajo.
Por último, gracias a todos los amigos y familiares que estuvieron a mi lado
dándome ánimo durante todo este lindo proceso.
A la empresa de productos Sika que, al contarles de este trabajo,
inmediatamente donaron el producto adecuado para realizar los estudios. Muchas
gracias por su buena disposición.
A la empresa de Hormigones Premix,
Planta Valdivia, que donaron el
hormigón para realizar los ensayos. Gracias por su buena disposición.
ÍNDICE
RESUMEN
SUMARY
CAPITULO I: INTRODUCCIÓN
1
CAPITULO II: ANTECEDENTES GENERALES
4
2.1 CORROSIÓN
4
2.1.1 DEFINICIONES
4
2.1.2 INTRODUCCIÓN A LA ELECTROQUÍMICA DE LA
CORROSIÓN
6
2.1.2.1
PROCESOS
2.1.2.2
PILAS,
POTENCIALES
6
Y
DENSIDAD
DE
CORRIENTE
10
2.1.2.3 POLARIZACIÓN
14
2.1.2.4 PASIVACIÓN DE LOS METALES
14
2.2 CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO Y ACERO DE REFUERZO
16
2.2.1 CONCRETO
16
2.2.2 ACERO DE REFUERZO
21
2.2.3
MECANISMOS DE CORROSIÓN EN EL CONCRETO
ARMADO
2.2.4 EL CONTROL DE LA CORROSIÓN
2.3 CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO CORROSIVO
24
27
29
2.3.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS
29
2.3.2 AGRESIVIDAD DEL MEDIO
31
2.3.3 RELACIONES DEL MEDIO CORROSIVO Y EL MATERIAL
EN ANÁLISIS
32
2.4 TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS PARA ESTIMAR EL ESTADO DE
CORROSIÓN DEL REFUERZO
2.4.1 MÉTODOS DE EVALUACIÓN
2.4.2
33
33
CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL PROCESO DE
ENSAYO DE PROBETAS
2.4.3 OBJETIVOS DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
42
43
CAPITULO III: CONFECCIÓN DE PROBETAS
3.1
45
DESCRIPCIÓN DE MATERIALES
45
3.2 FABRICACIÓN DE PROBETAS NORMALIZADAS DE HORMIGÓN
46
3.2.1 CONFECCIÓN DE MOLDAJES Y ACCESORIOS
46
3.2.2 TOMA DE MUESTRAS DE HORMIGÓN
47
3.2.3
48
IMPERMEABILIZACIÓN DE LAS PROBETAS
CAPITULO IV: ENSAYOS
49
4.1
DATOS PRELIMINARES
4.2
IMPLEMENTACIÓN
DE
49
LA
CELDA
ELECTROQUÍMICA
Y
50
PREPARACIÓN DEL MEDIO ELECTROLÍTICO
4.3 MEDIDAS DE POTENCIAL Y pH
51
4.3.1 MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZAR
51
4.3.2 PROCEDIMIENTO
51
4.3.3 RESULTADOS OBTENIDOS
52
4.3.4 GRÁFICOS
53
4.3.5 DISCUSIÓN DE RESULTADOS
55
4.4 MEDIDAS DE VELOCIDAD DE CORROSIÓN
56
4.4.1 MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZAR
56
4.4.2 PROCEDIMIENTO
56
4.4.3 RESULTADOS OBTENIDOS
59
4.4.4
DETERMINACIÓN
DE
LAS
CORRIENTES
DE
CORROSIÓN
64
4.4.5 VARIACIÓN DE LA CORRIENTE DE CORROSIÓN EN EL
TIEMPO
4.4.6 DISCUSIÓN DE RESULTADOS
CAPITULO V:
73
79
CARACTERIZACIÓN DEL DAÑO EN EL ACERO POR
MICROSCOPIA ELECTRÓNICA
80
5.1 CRITERIOS DE SELECCIÓN DE PROBETAS PARA S.E.M.
80
5.2 MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO Y MICROANÁLISIS
83
5.3 DISCUSIÓN DE RESULTADOS
99
CAPITULO VI: DISCUSIÓN Y COMPARACIÓN CON TESIS ANTERIOR
100
6.1
RESUMEN DE RESULTADOS Y DATOS TESIS ANTERIOR
100
6.2
DISCUSIÓN Y COMPARACIÓN DE RESULTADOS
103
CAPITULO VII: CONCLUSIONES
105
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
109
ANEXOS
RESUMEN
La definición aceptada para la corrosión está limitada a los metales y corresponde a la
destrucción de un metal por una reacción electroquímica con su medio ambiente.
Un buen observador puede haber notado la aparición de manchas de herrumbre en las
estructuras de concreto, estas estructuras están reforzadas interiormente con varillas de
acero, las cuales se cubren de concreto con el objeto de proporcionar una adecuada
resistencia mecánica a la estructura.
El concreto, debido a su propia constitución, contiene una gran cantidad de poros, los
cuales pueden estar interconectados, siendo por tanto permeable a líquidos y gases.
Esto es de una gran importancia para el proceso de corrosión del acero de refuerzo,
pues tanto el oxígeno como el agua, u otras sustancias nocivas, pueden difundirse
hacia el acero a través de la masa de concreto.
Las estructuras que conforman la industria lechera en general corresponden a muros de
hormigón armado, losa de hormigón que puede o no ser armado, barandas metálicas
para set de ordeña, estanques de acero y pozo de ordeña. El contacto de la leche de
vaca, del suero de leche, de productos de limpieza, de agua, entre otros agentes
agresivos, con el hormigón armado provocan que se desencadene el proceso corrosivo
en el acero de refuerzo. La herrumbre que se va formando como resultado del proceso
de corrosión en el acero, por una parte disminuye la sección original de la varilla, y por
otra, hace perder la adherencia inicial y deseada entre el acero y el concreto. El óxido
de hierro formado ocupa un volumen aproximadamente siete veces mayor que el acero
sin corroer. A medida que se va formando herrumbre por la corrosión del acero, ésta
ejerce una gran presión sobre el concreto que lo rodea, provocando grietas que lo
fragilizan, perdiendo éste sus buenas propiedades mecánicas.
El presente trabajo aborda aspectos fundamentales que permitirán comprender el
fenómeno de la corrosión junto a sus causas, y el caso puntual de la medición, con
técnicas electroquímicas, de la corrosión producida en el acero de un hormigón
expuesto al residuo de la industria lechera, como es el suero de la leche. Aquí se
describe el funcionamiento de la celda electroquímica como fundamento básico para la
explicación del proceso de corrosión y las técnicas de caracterización para describir el
deterioro de los materiales.
Se resalta el empleo de técnicas de protección contra la corrosión y para los ensayos
de laboratorio se utiliza en este estudio un hormigón con recubrimiento epóxico Sika,
con el fin de evaluar el comportamiento del hormigón armado protegido con este
impermeabilizante. Los resultados demuestran la importancia del recubrimiento en
inhibir la corrosión producida por agentes nocivos del lactosuero.
SUMMARY
The definition accepted for corrosion is limited to the metals and correspond to the
destruction of a metal by one reaction electrochemistry with its environment.
A good observer can have noticed the apparition of the stain to rust in the structures of
concrete, these structures are reinforced inside with steel bars, which are covered of
concrete
with the intention of providing an adequate mechanical resistance to the
structure.
The concrete, due to its own composition, contain a great amount of pores, which can
be interconnected, therefore permeable liquid and gases.
This is of a great importance for the process of corrosion of reinforcement steel,
because both the oxygen and the water, and other noxious substances, can diffuse
toward the steel through mass of concrete.
The structures that conform the dairy industry in general correspond to walls of
reinforced concrete, slab of concrete that it can or not be reinforced, balustrade metallic
for set of milk, reservoir of steel y well of milk. The contact of the milk of cow, of serum of
milk, products of cleanness, water, between others agents aggressives, with the
reinforced concrete provoke that unchain the process of corrosion in the reinforcement
steel. The rust it that it is formed like result of process of corrosion in the steel, on the
one hand decrease the section original of the bar, and the other hand, getting to lose the
adherence initial and desired between the steel and the concrete. The iron rust formed
occupy a volume approximately seven turn greater than the steel without corroding. As it
is formed rust by corrosion of steel, this one exerts a great pressure on the concrete one
that sorrounds it, provoking cracks that the make fragile, losing its good mechanics
properties.
The present work board aspect fundamental that will permit to comprehend the
phenomenon of the corrosion near to its causes, and the precise case of the measuring,
with electrochemistry techniques, of the corrosion produced in the steel of a concrete
exposed of residue of the milk industry, like is the serum of milk. Here describes the
functioning of tha electrochemistry cell like ground basic for the explanation of the
process of corrosion and the tecniques for characterize the deterioration of the
materials.
Emphasize the employ of tecniques of protection counter the corrosion and for the
laboratory test is used in this study a reinforced concrete protected with revetment
epxico Sika, in order to evaluate the behaviour of the reinforced concrete protected with
this impervious. The results demonstrate the importance of the revetment at inhibit the
corrosion produced for noxious agents of the milkyserum.
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
El concreto reforzado con varillas de acero, también llamado Hormigón Armado, es uno
de los materiales de construcción más usado en todo el mundo, sin embargo presenta
el inconveniente de ser susceptible a fallar por corrosión bajo determinadas
condiciones.
En Ingeniería la corrosión debe considerarse como un proceso destructivo. La corrosión
del refuerzo metálico embebido es reconocida como uno de los mayores problemas en
estructuras de concreto convirtiéndose en un tema que requiere la atención de los
ingenieros de mantenimiento de estructuras de concreto, además representa una
considerable perdida económica. Por tanto, el ingeniero que trabaja en la industria está
interesado en el control y prevención de la corrosión.
El fenómeno de oxidación del refuerzo metálico afecta significativamente las
características funcionales del concreto armado tales como la adherencia, además de
inducir la formación de agrietamientos y desprendimientos de trozos de concreto, lo que
compromete la integridad estructural. En otras palabras la corrosión produce la
disminución de la sección de armadura, la fisuración del hormigón y pérdidas de
adherencia hormigón-armadura, afectando por tanto a la vida útil de dichas estructuras.
Desde la década de 1960 varios investigadores (4) iniciaron el desarrollo de materiales y
métodos para el control de la corrosión. El uso de materiales poliméricos como
recubrimientos de la varilla de acero, recubrimientos epóxicos aplicados al hormigón y
el empleo de sustancias que se adicionan durante el mezclado del concreto y se
conocen como inhibidores, todo esto con el objeto de prolongar la durabilidad de las
estructuras de hormigón.
Para varios de los países de que se dispone de datos, el costo de la corrosión
representa aproximadamente entre un 2 y un 4% del PNB. No existen muchos datos
sobre cómo se reparten estos costos. Muchos de los estudios efectuados
(5)
han
señalado que entre un 20 y un 25% del costo total de la corrosión pudiera haberse
evitado, mediante una mejor aplicación de las diferentes técnicas anti-corrosión
existentes, y con una mayor toma de conciencia de los riesgos que conlleva la
corrosión.
Más allá de la frialdad de los números y de los porcentajes del Producto Nacional Bruto,
los problemas derivados de la corrosión se dejan sentir en tres vertientes:
1
1) económica (pérdidas directas e indirectas);
2) conservación de recursos (agotamiento de las reservas naturales);
3) seguridad humana (fallos fatales en medios de transporte, corrosión de bidones que
contienen residuos radioactivos, escapes en tuberías de refrigeración de plantas
nucleares, etc.)
La pérdida de vidas humanas es, desgraciadamente, una posibilidad que se puede
presentar como una consecuencia directa o indirecta de la corrosión.
El costo social de la corrosión puede llegar a ser tan elevado que debería prestársele
una mayor atención por el lado de las autoridades, empezando por la propia toma de
conciencia personal.
La preparación de los profesionales que tienen que ver con la utilización de materiales
metálicos, redundaría en una acertada utilización de los recursos anticorrosivos de que
se dispone a la fecha y con ello se conseguiría un considerable ahorro en la altísima
cifra que anualmente representan las pérdidas originadas por la corrosión.
El problema de la degradación de las estructuras de concreto debido a procesos de
corrosión es serio y de implicaciones económicas mayores. La habilidad para evaluar la
corrosión de las varillas de refuerzo en estructuras y poder estimar la vida en servicio
remanente es tema de estudios en muchas partes del mundo.
Para estimar la vida útil de una estructura de concreto reforzado, es necesario conocer
la velocidad con la cual se corroe el acero embebido en el concreto. (4)
La electroquímica trata los mecanismos presentes en la corrosión metálica y su
evolución en el tiempo.
En este trabajo, se presentan temas fundamentales que permitirán comprender el
fenómeno de la corrosión. Se describe el funcionamiento de la celda electroquímica
como fundamento básico para la explicación del proceso de corrosión. Se hace
mención de la presencia de un ánodo, un cátodo, un conductor eléctrico, un conductor
iónico y una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo y sus características
electroquímicas, como elementos indispensables de la celda electroquímica. Por ser un
fenómeno de superficie, el conocimiento de la interfase electroquímica es determinante
para la comprensión del desarrollo de la corrosión, por lo que es descrita de forma
básica.
Se enfatiza la importancia de la medición de parámetros tales como el potencial y
densidad de corriente en el tiempo, en estructuras de concreto armado, puesto que son
muy útiles para establecer diagnósticos acerca del proceso de corrosión en el refuerzo
de acero y tomar medidas pertinentes para su protección y/o rehabilitación.
2
Objetivos Generales:
El objetivo general de este trabajo es evaluar el comportamiento de un hormigón
armado protegido con un impermeabilizante, frente a un medio agresivo como es el
suero de leche, presente en la industria lechera.
Objetivos Específicos:
Como objetivos específicos y considerando los pocos datos existentes sobre el
comportamiento del acero de refuerzo para hormigón armado frente al suero de leche,
se decidió estudiar, electroquimicamente, los procesos involucrados para así obtener la
velocidad con que se corroe el material y poder evaluar un producto que se utiliza para
proteger el hormigón armado. Del mismo modo, se caracterizó por técnicas
de
microscopía electrónica el eventual deterioro del refuerzo de acero en el hormigón
seleccionado.
Los objetivos específicos están relacionados con los ensayos y metodología a emplear
para llegar a evaluar este comportamiento. Con los ensayos electroquímicos se puede
determinar la densidad de corriente de corrosión, además se estudia la evolución del
voltaje en el tiempo, y con la microscopía y análisis químico cualitativo de la superficie
del acero se puede determinar el grado de daño provocado por agentes nocivos que
hayan penetrado el hormigón hasta el acero de refuerzo.
3
CAPITULO II
ANTECEDENTES GENERALES
2.1
CORROSIÓN
2.1.1 Definiciones
La corrosión es la destrucción de los metales iniciada en su superficie. Esta destrucción
puede
ser
de
naturaleza
química,
pero
en
muchos
casos
transcurre
electroquimicamente.
El metal que se corroe tiende a formar una combinación química. Sabemos que los
metales sensibles a la corrosión, como el hierro y el aluminio, se encuentran en la
naturaleza en forma de combinaciones y solo por el esfuerzo del hombre pasan al
estado metálico. Cuanto mayor es el trabajo necesario para lograr esta transformación,
tanto mayor es la tendencia del metal a volver a su estado originario y natural. Este
proceso de vuelta al origen es lo que llamamos corrosión.
El proceso de corrosión puede darse en dos etapas, la primera consiste en la
combinación del metal con el oxigeno del aire para formar un óxido, y la segunda
corresponde a la formación de elementos galvánicos (pilas locales). (1)
La primera etapa es también llamada corrosión química, donde el metal reacciona con
un medio no iónico. Y la segunda etapa puede ser llamada corrosión electroquímica, la
cual implica un transporte simultáneo de electricidad a través de un electrolito. (2)
El término corrosión se aplica a la alteración destructiva de materiales por reacción
química con una sustancia cualquiera, sólida, líquida o gaseosa.
Los productos de la corrosión pueden ser solubles en el medio corrosivo, observándose
un ataque muy rápido. En la mayoría de los casos, los productos de corrosión son
insolubles y forman escamas poco adherentes sobre la superficie del metal o bien
forman películas protectoras estrechamente adheridas y que sofocan el proceso de
corrosión. (3)
Los procesos de corrosión pueden ser clasificados según el medio en el que se
desarrollan o según su morfología. Una posible clasificación es la siguiente: (2)
4
1. Clasificación según el medio.
•
Corrosión química: Se estudian bajo esta denominación todos aquellos casos en
que el metal reacciona con un medio no iónico.
•
Corrosión electroquímica: Considerados desde el punto de vista de la
participación de iones metálicos, todos los procesos de corrosión son
electroquímicos. Sin embargo, es usual designar corrosión electroquímica a la
que implica un transporte simultáneo de electricidad a través de un electrolito. A
este importante grupo pertenecen la corrosión en soluciones salinas y agua de
mar, la corrosión atmosférica, la corrosión en suelos, etc.
2. Clasificación según la forma.
•
Corrosión uniforme: Es la forma mas benigna de corrosión. El ataque se extiende
en forma homogénea sobre toda la superficie metálica, y su penetración media
es igual en todos los puntos. Un ataque de este tipo permite calcular fácilmente
la vida útil de los materiales expuestos a él.
•
Corrosión en placas: Abarca los casos intermedios entre corrosión uniforme y
corrosión localizada. En este caso el ataque se extiende de más en algunas
zonas, pero se presenta aún como ataque general.
•
Corrosión por picado: Este tipo de ataque, así como el intergranular y el
fisurante, son las formas más peligrosas en que puede presentarse la corrosión.
En estos casos de ataque localizado la cantidad de material afectado no guarda
relación con la magnitud de los inconvenientes que puede causar. Durante el
picado, el ataque se localiza en puntos aislados de superficies metálicas pasivas,
y se propaga hacia el interior del metal, en ocasiones formando túneles
microscópicos. En la práctica puede presentarse como perforación de cañerías o
tanques. Una variación de la corrosión por picado, es la denominada corrosión
en rendijas. Se presenta en uniones e intersticios, donde la renovación del medio
corrosivo sólo puede producirse por difusión.
•
Corrosión intergranular: Se presenta como una franja estrecha de ataque que se
propaga a lo largo de los límites de grano. Este ataque se extiende hasta
inutilizar el material afectado.
•
Corrosión fisurante: Conocida también como corrosión bajo tensión. Puede
presentarse cuando un metal está sometido simultáneamente a la acción de un
medio corrosivo y a tensiones mecánicas de tracción. Se forman fisuras que
5
pueden ser transgranulares o intergranulares y que se propagan hacia el interior
del metal, hasta que las tensiones se relajan o el metal se fractura.
FIGURA Nº 2.1. Clasificación morfológica de las formas de corrosión.
Fuente: Galvele J. (1979)
La mayor parte de las reacciones de corrosión en la naturaleza son de tipo
electroquímico. Es por esta razón que el estudio se centra en este tipo de corrosión.
2.1.2 Introducción a la electroquímica de la corrosión
2.1.2.1 Procesos
La corrosión metálica en medio ambiente húmedo es un proceso de naturaleza
electroquímica que involucra reacciones de oxidación y reducción, ocasionando el
deterioro del material metálico y de sus propiedades. El origen del fenómeno es la
presencia de heterogeneidades en la superficie de los metales, que producen zonas de
diferentes niveles de energía y propician la formación de la celda electroquímica. (4)
Tal corrosión es un proceso espontáneo que denota la existencia de una zona anódica,
una zona catódica y un electrolito, siendo imprescindible la presencia de estos tres
6
elementos para que este tipo de corrosión pueda existir. Se requiere asimismo de
contacto eléctrico entre la zona anódica y la catódica. (5)
Para interiorizarse en la corrosión electroquímica es necesario conocer los factores que
participan. Algunos puntos importantes a considerar en las reacciones de oxidaciónreducción son: (6)
1.- Reacción de oxidación. La reacción de oxidación por la cual los metales forman
iones que pasan a la solución acuosa se denomina reacción anódica, y las regiones
locales en la superficie del metal donde tiene lugar la reacción de oxidación se
denomina regiones anódicas. En las regiones anódicas se desprenden electrones
procedentes del metal y se forman cationes metálicos.
2.- Reacción de reducción. La reacción de reducción en la cual un metal o un no metal
reduce su carga de valencia se denomina reacción catódica. Las regiones locales sobre
la superficie del metal donde los iones metálicos o no metálicos reducen su carga de
valencia se denomina regiones catódicas. En la reacción catódica hay un consumo de
electrones.
3.- Las reacciones de corrosión electroquímica involucran reacciones de oxidación que
producen electrones y reacciones de reducción que los consumen. Ambas reacciones
de oxidación y de reducción tienen que acontecer al mismo tiempo e igual velocidad
global para prevenir una acumulación de carga eléctrica en el metal.
Una reacción de corrosión puede expresarse parcialmente por la ionización de un
metal, es decir, el proceso por el cual un átomo metálico pierde electrones y queda
cargado con un exceso de cargas positivas (iguales a las cargas negativas de los
electrones que se perdieron). Dicha entidad cargada constituye un ión positivo o catión.
Así pues:
M →M+n + ne
Siendo M un metal de valencia n, M+n su forma iónica y e el número de electrones
cedidos (Figura Nº 2.2).
7
FIGURA Nº 2.2. Proceso de Oxidación.
Fuente: Genescá J. (2001)
El proceso fundamental es la cesión de electrones de los átomos del metal a otros
átomos o iones. La corrosión es un proceso electroquímico, por tanto la destrucción
química va acompañada de circulación de electricidad. (3)
FIGURA Nº 2.3. Dirección del flujo de corriente entre un ánodo y un cátodo en una
celda electroquímica.
Fuente: Genescá J. (2001)
8
Los componentes esenciales se muestran en la Figura Nº 2.3, las flechas representas
corrientes eléctricas fluyendo a la solución desde el ánodo (-) al cátodo (+) y regresando
desde el cátodo al ánodo a través de un hilo metálico conductor.
Los ánodos y cátodos involucrados en un proceso de corrosión se conocen como
electrodos. Los electrodos pueden consistir en dos diferentes tipos de metal. En el
electrodo negativo es donde tiene lugar la corrosión. (5)
Como puede apreciarse en la Figura Nº 2.3, en una celda electroquímica son
indispensables los siguientes elementos:(4)
Ánodo. Porción de la interfase metálica en donde se lleva a cabo la reacción de
oxidación (proceso de corrosión). En este proceso hay una pérdida o liberación de
electrones como consecuencia del paso del metal a su forma iónica.
Cátodo. Porción de la interfase metálica donde se lleva a cabo la reacción de reducción,
en la cual los electrones producidos en el ánodo se combinan con determinados iones
presentes en el electrolito. En este proceso hay una ganancia de electrones.
En el cátodo se cierra el circuito eléctrico a través de un conductor externo.
Electrolito: Sustancia a través de la cual las cargas eléctricas son transportadas por un
flujo de iones.
Diferencia de potencial. Desigualdad en el estado energético entre los dos electrodos
que provoca un flujo de electrones desde el ánodo hasta el cátodo.
Conductor metálico. Cable externo que conecta eléctricamente los electrodos (conduce
los electrones desde el ánodo hacia el cátodo).
Los electrones que se pierden en el ánodo durante la reacción de oxidación son
utilizados en el cátodo para que suceda la reacción de reducción.
La diferencia de potencial creada entre el ánodo y el cátodo provoca una migración de
electrones desde el ánodo al cátodo a lo largo del conductor metálico externo.
En algunos textos, la celda electroquímica también es llamada "pila de corrosión",
“celda electrolítica” o “celda galvánica”. (4)
Podemos resumir lo anterior diciendo que para que exista corrosión deben cumplirse
ciertas condiciones mínimas. Éstas son: (5)
1. Deben haber interfases en contacto que actuarán una como ánodo y otra como
cátodo.
2. Deben estar en contacto iónico (electrolito) y contacto electrónico.
9
Una vez cumplidas estas condiciones, puede circular una corriente eléctrica dando lugar
a un consumo de metal (corrosión) en el ánodo.
En el ánodo se corroe un ion de metal por cada electrón que circula a través del metal
hacia el cátodo. Por tanto, la corrosión y la corriente obedecen a la ley de Faraday.
La circulación de electrones del ánodo al cátodo a través del metal es función de las
diferencias de potencial entre las zonas anódica y catódica. Estas pueden hallarse
sobre metales diferentes en contacto, o pueden ser zonas diferentes sobre la misma
superficie metálica. La magnitud de la corrosión será proporcional a la intensidad de la
corriente que circula entre las zonas anódica y catódica. La intensidad viene regulada
por los procesos que tienen lugar en las superficies anódica y catódica. Estos procesos
en los electrodos se hallan fuertemente influenciados por factores tales como la acidez
de la solución, la fuerza electromotriz, la presencia de agentes oxidantes, la
temperatura, la velocidad y la concentración y por otros factores físicos. (3)
2.1.2.2 Pilas, Potenciales y Densidad de corriente
Las pilas pueden definirse como todo dispositivo capaz de transformar en energía
eléctrica energía de las reacciones químicas o procesos físicos tales como la difusión. (3)
Una pila de corrosión, la cual está caracterizada por tener los componentes básicos
para que un proceso de corrosión ocurra, que son: dos fases eléctricamente
conductoras, un medio acuoso en donde existan iones conductores de la corriente
eléctrica y, para cerrar el circuito, un conductor eléctrico que una a las dos fases
conductoras. Es bien sabido que si uno de estos componentes falla, la corrosión no
tendrá lugar. La corrosión ocurre en lo fundamental como se ha descrito anteriormente:
una reacción electroquímica (porque hay flujo de electrones y también transformaciones
químicas) que se lleva a cabo simultáneamente en zonas catódicas y anódicas.
Cualquier par galvánico es capaz de crear energía en forma de una diferencia de
potencial capaz de mover electrones y, aún más, que la corrosión es un proceso que
produce energía. Un par galvánico, como el que está presente en cualquier proceso de
corrosión, es capaz de generar una cierta energía. Sin embargo, la energía generada
por la corrosión no puede ser recuperada o usada. Se desperdicia sin que podamos
hacer algo. Esto debido a que los procesos de corrosión ocurren a niveles
microscópicos, en donde los pares galvánicos son sistemas tan locales que inclusive el
conductor eléctrico externo, necesario en la constitución de una pila de corrosión, es la
misma estructura metálica que se corroe. (5)
10
El caso que se analiza en este trabajo corresponde a un acero de refuerzo, y la pila que
se puede formar en el metal se describe en la figura Nº 2.4 donde se pueden apreciar
las reacciones que ocurren durante el proceso corrosivo en la barra de acero.
FIGURA Nº 2.4. Formación de la pila de corrosión en una barra de acero.
Fuente: http://concretonline.com (2001)
En este trabajo se pretende estudiar el comportamiento del metal (acero de refuerzo)
frente a un lactosuero.
Se espera que elementos del lactosuero puedan penetrar el concreto y llegar a la
superficie del acero, donde ocurren reacciones electroquímicas como las que se
describen a continuación:
Reacción Anódica:
Fe → Fe 2 + + 2e −
(1)
Reacción Catódica:
1
O2 + H 2O + 2e − → 2OH −
2
(2)
Reacción Catódica:
2 H + + 2e − → H 2
(3)
(1) Corresponde al paso de iones metálicos al medio corrosivo.
(2) Reducción del Oxígeno en un medio acuoso.
(3) Desprendimiento de Hidrogeno en medio ácido, en ausencia de Oxigeno.
Las posibles reacciones catódicas dependen de la disponibilidad de oxígeno y el pH en
los alrededores del acero.
Si el pH es reducido, por ejemplo por carbonatación, entonces los óxidos formados no
serán una especie estable termodinámicamente y por lo tanto se perderá el carácter
11
protector del medio alcalino. Alternativamente, puede existir ataque por picaduras
provocado por los iones cloruro. (4)
Los procesos descritos anteriormente (distintas reacciones) son controlados por la
transferencia de carga y dan como resultado la formación de productos de la corrosión.
Lo que ocurre es que las partículas metálicas sobre la superficie del acero ceden
electrones y se convierten en átomos cargados positivamente (iones Fe2+) los cuales al
interaccionar con elementos del medio pasan a la solución como especies solubles
hidratadas. Reacciones químicas posteriores harán que estos iones Fe2+ se
transformen en el óxido rojizo o herrumbre. (5)
Tratándose de partículas cargadas, el paso de iones del metal a la solución creará una
diferencia de potencial en la interfase metal-solución, que al ir aumentando, se opondrá
al paso de nuevos iones. Finalmente se alcanzará una diferencia de potencial a la cual
la variación de energía libre por paso de iones a la solución o de la solución será nula.
Se habrá alcanzado así el equilibrio termodinámico.
La medida directa de la diferencia de potencial entre el metal y la solución es
experimentalmente impracticable. En cambio resulta factible formar una pila con dos
electrodos y medir la diferencia de potencial entre ambos. (2)
Se denomina potencial de oxidación a la tendencia del ion a pasar de una valencia a
otra, el valor deducido sería el potencial de oxidación. Un ion de potencial de oxidación
más elevado que el otro, oxidaría a este segundo. (3)
Potenciales de oxidación-reducción:
Reacción
E0 (Volt)
Fe2+ + 2e = Fe
-0.44
Cu2+ + 2e = Cu
+0.34
O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
+0.40
TABLA Nº 2.1. Potenciales de oxidación a E.E.H.
Fuente: Mantell C. (1962)
Observando la tabla Nº 2.1, podemos decir que a potenciales más positivos del Fe,
desde el valor -0.44 Volt existe corrosión. Este dato es importante para los ensayos que
12
se pretenden realizar, donde se medirán los potenciales del acero dentro de una celda
electroquímica.
Vista la interfase como la porción de una celda, es la zona comprendida entre la
superficie del electrodo metálico y la disolución electrolítica o electrolito. La diferencia
de potencial en una interfase es la que existe entre los potenciales de la fase metálica y
de la fase disolución. (4)
Cuando se sumerge un metal en una disolución se establece una diferencia de
potencial electrodo-disolución. El metal se encuentra en equilibrio (sin paso de
corriente), las velocidades de las reacciones
directa e inversa son iguales y la
diferencia de potenciales en la interfase queda determinada por la concentración de los
iones del metal en disolución.
Consideremos ahora la posibilidad de que, sin paso de corriente neta, se produzcan dos
procesos simultáneos de electrodo distinto sobre la superficie del metal. Sea el caso en
que, además de la reacción que desprende iones del metal a la disolución, tiene lugar a
la vez en la misma interfase la reacción de desprendimiento de hidrógeno. Estos dos
procesos se complementarán entre sí de tal manera que la densidad de corriente
correspondiente a cada reacción es igual y de sentido contrario a la de la otra. La suma
de las corrientes de los dos procesos es nula, aun cuando ninguna de las reacciones se
encuentra en equilibrio termodinámico. La diferencia de potencial asociada a la
condición de corriente neta nula y a dos procesos electroquímicos que son
complementarios, pero que comprenden reacciones diferentes, se denomina Potencial
Mixto, y su magnitud está determinada por las características de la relación corrientepotencial de cada una de las reacciones participantes en el proceso global.
Cuando uno de los dos procesos que ocurre en el establecimiento de un potencial mixto
es el paso de iones del metal a otra fase, disolviéndose para formar iones hidratados o
formando una sal poco soluble, o una película de oxido, etc., se dice que tiene lugar la
corrosión electroquímica del metal. En este caso el potencial mixto se denomina
Potencial de Corrosión y el valor absoluto de la corriente parcial debida a cualquiera de
los dos procesos en el potencial de corrosión se llama Corriente de Corrosión. El valor
de ésta por unidad de área aparente del electrodo se llama Densidad de Corriente de
Corrosión. (8)
13
2.1.2.3 Polarización
Cuando a través de la separación entre un electrodo y una disolución circula una
corriente intensa, la diferencia de potencial entre una y otra difiere del valor de equilibrio
y a la diferencia entre estos dos valores se le da el nombre de polarización. (3)
El incremento del valor del potencial de un electrodo, con respecto al potencial normal
reversible, se llama sobretensión. La diferencia entre el potencial del electrodo,
necesario para producir el paso de la corriente, y el valor de equilibrio al no pasar
corriente alguna se llama sobretensión de electrodo.
El conjunto del electrolito puede considerarse simplemente como un depósito de iones y
un medio conductor. La descarga de un ion en el cátodo tendería a reducir la
concentración de los iones en la película que envuelve a dicho electrodo. En
consecuencia, el potencial de éste, tiende a acentuar su valor negativo, empezando la
polarización catódica. Si aumenta el valor de la densidad de corriente, la concentración
de iones en la película que envuelve al cátodo tenderá a disminuir. Este proceso será
en parte compensado por la difusión de los iones de la masa del electrolito a la zona
que rodea el cátodo. Es evidente que, mediante la agitación mecánica, movimiento del
electrolito y medios similares, se reducirá la polarización de la concentración. En cuanto
al ánodo, son válidas consideraciones del todo análogas, con la única salvedad de que
el potencial de electrodo acentúa su valor positivo. (3)
En el caso de los ensayos a realizar se harán polarizaciones anódicas, donde se
imponen sobrepotenciales de 10 a 30 mV.
2.1.2.4 Pasivación de los metales
La pasividad de los metales es un fenómeno conocido desde hace más de siglo y
medio. Se estudió principalmente en hierro, teniéndoselo por un fenómeno curioso,
porque el metal se comporta como si fuera noble en condiciones en que cabría esperar
fuera atacado muy severamente. En 1836 Faraday atribuyó el fenómeno a la formación
de una fina película de oxido sobre la superficie metálica, y tal explicación sigue aún
vigente. (2)
En un hormigón de buena calidad, la armadura esta protegida por una película
pasivante producida por las condiciones alcalinas del cemento hidratado. Los
principales mecanismos de destrucción de esta pasividad y la subsiguiente corrosión
14
del acero son la carbonatación del hormigón y el ataque por cloruros. La carbonatación
es el resultado del ataque de los gases atmosféricos, principalmente el dióxido de
carbono, que disminuye la alcalinidad de protección y permite la corrosión general de la
armadura en presencia de la humedad. Los cloruros, presentes en numerosos
compuestos pueden destruir la capa pasivante permitiendo la aparición de puntos
locales de corrosión. (7)
La medición del potencial es sensible a cambios que acontezcan en un proceso de
corrosión. Un cambio brusco puede indicar el paso de un estado activo a condiciones
de pasividad y viceversa. Así mismo, adquiere valores característicos para diferentes
situaciones de temperatura, agitación, etc.
El mantenimiento de la pasividad requiere de elevados niveles de alcalinidad en
contacto con la superficie del acero y la ausencia de iones agresivos. Cuando se
alcanzan cantidades suficientes de iones agresivos, se conduce al rompimiento de la
pasividad y a la propagación de la corrosión. Ambos efectos son más severos si sobre
la superficie del acero existe una capa de herrumbre previa a su colocación en el
concreto, ya que ésta disminuye el contacto físico entre la superficie del metal y la
solución alcalina decreciendo así el poder pasivante. (4)
Al analizar el potencial del acero medido a través del tiempo, los valores del potencial
deberían ser cada vez más positivos si se está en presencia de procesos corrosivos. De
no ser así, se estaría en presencia de un acero pasivado.
En el caso de estar frente a un acero pasivado, uno de los elementos que podrían
eventualmente romper ese estado sería el ion cloruro, presente en el suero de leche,
como se verá en capítulos posteriores.
15
2.2 CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO Y ACERO DE REFUERZO
2.2.1 Concreto
A la rápida difusión del uso del concreto armado ha contribuido en gran medida el
complemento de propiedades de dos materiales: acero y concreto que reunidos en un
material mixto, le dotan de la destacada resistencia a la tracción del primero y la buena
resistencia a la compresión del segundo.
El concreto, llamado también hormigón, es una mezcla de dos componentes: pasta y
agregados. La pasta de concreto se compone de cemento, agua, aditivos y aire
atrapado y/o incluido. Los agregados son conocidos como finos (arena) y gruesos
(grava).
El cemento puede describirse como un material con propiedades tanto adhesivas como
cohesivas, las cuales le dan la capacidad de aglutinar fragmentos minerales para formar
un todo compacto.
Existen diferentes tipos de cemento Pórtland en el mercado, los cuales están
clasificados de acuerdo a la norma C 150 de la ASTM (American Society for Testing
and Materials), como se muestra a continuación: (9)
Cemento
Uso
Tipo I
Cemento de uso general.
Tipo II
Genera menor calor de hidratación que el tipo I y es más resistente al
ataque por sulfatos. Se utiliza en grandes estructuras en las que el
calor de hidratación puede provocar agrietamientos.
Tipo III
Cemento de alta resistencia a temprana edad y rápido fraguado. Es
usado cuando se requiere alcanzar una elevada resistencia en pocos
días.
Tipo IV
Presenta un calor de hidratación más bajo que el tipo III, se utiliza en
construcciones de concreto masivo.
Tipo V
Cemento de alta resistencia a la acción de los sulfatos, se utiliza en
estructuras que están en contacto con suelos de aguas freáticas de
alto contenido de sulfatos y en hormigones con aguas negras
domésticas concentradas.
TABLA Nº 2.2. Tipos de cemento Pórtland.
Fuente: Merritt F. (1992)
16
La Norma Chilena clasifica el hormigón en grados, ya sea con respecto a la resistencia
a compresión o con la respecto a la resistencia a la flexotracción. (10)
• Clasificación por resistencia a Compresión.
El hormigón se clasifica con respecto a su resistencia especificada a compresión, fc,
medida en probetas cúbicas de 200mm de arista a la edad de 28 días, como se indica
en la tabla Nº 2.3.
Grado
H5
H10
H15
H20
H25
H30
H35
H40
H45
H50
Resistencia especificada, fc
Mpa
kgf/cm2
5
50
10
100
15
150
20
200
25
250
30
300
35
350
40
400
45
450
50
500
TABLA Nº 2.3. Clasificación de los hormigones por resistencia a compresión.
Fuente: NCh 170 Of. 85 (1985)
• Clasificación por resistencia a flexotracción.
El hormigón se clasifica con respecto a su resistencia especificada a flexotracción, ft,
medida en probetas de d = 150mm a la edad de 28 días, como se indica en la tabla Nº
2.4.
Grado
HF 3
HF 3,5
HF 4
HF 4,5
HF 5
HF 5,5
HF 6
Resistencia especificada, ft
Mpa
kgf/cm2
3,0
30
3,5
35
4,0
40
4,5
45
5,0
50
5,5
55
6,0
60
TABLA Nº 2.4. Clasificación de los hormigones por resistencia a flexotracción.
Fuente: NCh 170 Of. 85 (1985)
El cemento se fabrica a partir:
* Sulfato de calcio di-hidratado (yeso)
*Oxido de calcio (cal libre)
*Magnesia (periclasa)
*Alcalis
*Clinker
17
El clinker es el producto de la fusión a 1,500°C de la mezcla de caliza (C+aCO3) y
arcilla (Al2O3, Fe2O3 + sílica). Todos estos compuestos reaccionan, al incorporar el
agua, dando como resultado nuevas especies químicas que son los principales
componentes del cemento (Tabla Nº 2.5) (9)
Componente
Silicato dicálcico (belita)
Silicato tricálcico (alita)
Aluminato tricálcico
Ferrialuminato Tetracálcico ó Aluminoferrito
tetracálcico
Fórmula
2CaO . SiO2
3CaO . SiO2
3CaO . Al2O3
4CaO . Al2O3.
Fe2O3
Forma
Abreviada
C2S
C3S
C3A
C4AF
TABLA Nº 2.5. Componentes del cemento.
Fuente: Merritt F. (1992)
Los agregados le proporcionan al concreto mayor estabilidad volumétrica y más
durabilidad. Son de gran importancia en el concreto, ya que la calidad de estos se ve
reflejada en la resistencia del concreto, además sus propiedades afectan en gran
medida tanto la durabilidad como el comportamiento estructural del concreto. (4)
Originalmente se consideraban materiales inertes, que se utilizaban por razones
económicas, sin embargo ahora se piensa que estos son un material de construcción
unido a un todo cohesivo por medio de la pasta de cemento. De hecho, los agregados
no son realmente inertes y sus propiedades físicas, térmicas y químicas influyen en el
desempeño del concreto.
La alternativa más común en la fabricación de concreto de buena calidad, es obtener
agregados que entren, cuando más, en dos rangos de tamaño.
La división principal se hace entre el llamado agregado fino (arena), cuyo tamaño es
menor de 5 mm, y el agregado grueso (grava) que comprende material mayor a 5
mm.(4)
Los cementos que se utilizan en la fabricación del concreto tienen la propiedad de
fraguar y endurecer con el agua, en virtud de que experimentan una reacción química
con ella. La cantidad de agua necesaria para que se lleve a cabo completamente esta
reacción química es alrededor de un 40% del peso del cemento. Un 23% de esta agua
se combina químicamente para dar productos de hidratación y el resto se absorbe en la
superficie del gel que se forma en los poros. (11)
La cantidad de agua añadida inicialmente a la mezcla de cemento y agregados para
obtener un concreto fresco con trabajabilidad conveniente es siempre superior a la
18
cantidad de agua necesaria para la hidratación completa. Este exceso de agua es el
responsable del grado de porosidad y permeabilidad del concreto endurecido.
Los aditivos se añaden para modificar las propiedades de fluidez, acelerar o retardar el
fraguado, así como para incrementar la resistencia a la corrosión del refuerzo de acero.
Estos elementos son adicionados en pequeñas cantidades y el uso es particular de
acuerdo a la propiedad que se requiera. (4)
La importancia de la relación agua cemento radica en que una pasta de cemento con
poco contenido de agua estará más compacta, por lo que tendrá menos cantidad de
poros interconectados (que son permeables a líquidos y gases) en donde se aloje la
humedad, esto impedirá la difusión de iones que puedan iniciar el proceso de corrosión;
lo contrario sucede en una pasta con mayor contenido de agua y por lo tanto mayor
porosidad y mayor permeabilidad. Esto es de una importancia crítica para el proceso de
corrosión del acero de refuerzo, ya que tanto los elementos soporte (como el oxígeno)
como los agentes iniciadores (ión cloruro) del ataque corrosivo, pueden difundir hacia el
acero a través de la masa de concreto. La velocidad de difusión del oxígeno y de los
iones cloruro en el concreto es menor cuando se reduce la relación agua/cemento y por
lo tanto la porosidad. (12)
A las reacciones químicas que se llevan a cabo entre los componentes del cemento y el
agua se les conoce con el nombre de hidratación. Estos productos de hidratación, con
el paso del tiempo, producen una masa firme y dura llamada pasta de cemento
endurecida.
La pasta de cemento pasa por dos etapas: el fraguado y el curado, que es donde se
lleva a cabo la hidratación, la cual es de vital importancia en una estructura de concreto,
ya que le ayuda a alcanzar mejores propiedades mecánicas.
El tiempo de fraguado se ve afectado por la temperatura, ya que si la temperatura
aumenta, el tiempo de fraguado disminuye al catalizarse las reacciones de hidratación
por aumento de la temperatura.
El proceso de curado se realiza con el fin de prevenir la evaporación del agua en el
concreto, manteniendo la humedad (100%) para que se lleve a cabo satisfactoriamente
la hidratación de los materiales cementantes y el endurecimiento apropiado del
concreto. El propósito es mantener el concreto saturado, con el fin de que los productos
de hidratación del cemento llenen los espacios de la pasta fresca (de concreto) que al
principio estaban llenos de agua. (4)
19
Durante el proceso de hidratación (curado), se induce la formación de una capa pasiva
protectora en la superficie del acero, provocada por la presencia de especies alcalinas.
La pasta de cemento fresco es una retícula plástica de partículas de cemento en agua,
pero una vez que la pasta ha fraguado, su volumen permanece constante. En cualquier
etapa de hidratación la pasta endurecida consta de hidratos de varios compuestos,
denominados colectivamente como gel de cristales, algunos componentes menores,
cemento no hidratado y residuos de los espacios rellenos de agua en la pasta fresca.
Estos huecos se denominan poros capilares, pero dentro del gel mismo existen huecos
intersticiales llamados poros de gel. Por lo tanto, en una pasta deshidratada hay dos
clases distintas de poros.
Los poros capilares representan la parte de volumen bruto que no ha sido llenado por
los productos de hidratación. El volumen del sistema capilar se reduce a medida que
avanza la hidratación. Por lo tanto la porosidad capilar de la pasta depende tanto de la
relación agua/cemento de la mezcla como del grado de hidratación. (13)
La forma de los poros capilares es variable, pero forman un sistema interconectado con
distribución aleatoria a través de la pasta de cemento. (4)
Estos poros miden alrededor de 1.3 µm. Los poros interconectados constituyen la causa
principal de la permeabilidad de la pasta de cemento endurecido. Sin embargo, la
hidratación aumenta el contenido sólido de la pasta y en pastas reposadas y densas los
capilares pueden bloquearse por el gel y segmentarse de modo que se transforman en
poros capilares interconectados solamente por los poros de gel. La ausencia de
capilares continuos se debe a la adecuada combinación de la relación agua/cemento y
a un periodo suficientemente largo de curado por humedad.
El gel es poroso, pero sus poros son espacios intersticiales interconectados en las
partículas de gel. Estos poros miden aproximadamente entre 15 y 20 A°. Los poros de
gel ocupan alrededor de un 28% del volumen total del gel, son independientes de la
relación agua/cemento y del avance de hidratación. Por lo tanto, al aumentar el volumen
total del gel con el avance de la hidratación, el volumen total de los poros del gel
también aumenta. (13)
También se presentan en el concreto poros que son producidos durante su elaboración;
éstos son de mayor tamaño y se deben al aire atrapado y a una mala compactación
durante la colocación del concreto fresco. (4)
La Figura Nº 2.5 muestra los poros que pueden estar presentes en el concreto.
20
FIGURA Nº 2.5. Representación de los poros.
Fuente: Del Valle A. (2001)
Los poros de mayor tamaño son los que influyen en la durabilidad del concreto, porque
a su través acceden agentes agresivos que pueden iniciar un ataque al elemento
metálico embebido y causar corrosión. (4)
Refiriéndose ahora a los ensayos necesarios para evaluar el hormigón armado
protegido con un impermeabilizante, se utilizará un hormigón calidad H35, igual al
utilizado en tesis anterior (Moroni P., 2004) donde se confeccionaron probetas sin
protección, con el fin de comparar finalmente los resultados.
Los ensayos necesarios, según normativa chilena, realizados al hormigón utilizado se
encuentran en Anexo Nº 1.
2.2.2 Acero de Refuerzo
Refiriéndose ahora al acero de refuerzo, en primer lugar, tendremos que decir que el
acero es una aleación de hierro y carbono (contenido máximo de 2% en peso) que
presenta diferentes fases, producto de la historia metalúrgica del acero, tal como el
método usado en su fabricación, la concentración de carbono, la presencia de aleantes,
la refinación del acero y su tratamiento térmico, el cual es necesario para imprimirle
ciertas propiedades mecánicas. (5)
21
Existen dos formas de identificar los aceros: la primera es a través de su composición
química y la segunda es según su resistencia mecánica en tracción.
Clasificación según la composición química, por ejemplo utilizando la norma AISI:(9)
Nº AISI:
Descripción
Ejemplo
10XX
Son aceros sin aleación con 0,XX % de C
(1010; 1020; 1045)
41XX
Son aceros aleados con Mn, Si, Mo y Cr
(4140)
51XX
Son aceros aleados con Mn, Si y C
(5160)
TABLA Nº 2.6. Clasificación del acero según composición química.
Fuente: Merritt F. (1992)
Clasificación según su resistencia mecánica en tracción: (14)
A37-24ES A: Acero
A44-28ES ES: Estructural soldable
A63-42ES H: Para hormigón
TABLA Nº 2.7. Clasificación del acero según resistencia mecánica en tracción.
Fuente: NCh 203 Of. 77 (1977)
La primera cifra indica la resistencia a la tracción en kg/mm2, la segunda cifra indica la
resistencia a la fluencia en kg/mm2.
En la siguiente tabla se entregan los valores de resistencia y ductilidad de los aceros
para uso estructural y de barras para hormigón armado. (14)
Resistencia
a la tracción
Rm
Grados del
Acero
Límite de
fluencia
Re
Alargamiento
en 50 mm
Kgf/mm2
Mpa
Kgf/mm2
Mpa
%
A37-24ES
37
363
24
235
22
A42-27ES
42
412
27
265
20
A52-34ES
52
510
34
324
18
A44-28H
44,9
440
28,6
280
16
A63-42H
64,2
630
42,8
420
(*)
(*): (700/Rm) - K >= 8, K es un coeficiente que depende del
diámetro nominal de la barra ( ) y cuyo valor se indica a
continuación.(14)
ø(mm)
8
10
12
16
18
22
25
28
32
36
K
2
1
0
0
0
1
2
3
4
5
TABLA Nº 2.8. Propiedades mecánicas del acero.
Fuente: NCh 203 Of. 77 (1977)
22
Las dimensiones de las barras de acero para refuerzo se indican en la tabla Nº 2.9.
En diámetros de 6 a 12 mm se producen en rectas y rollos y de 16 a 36 mm como
barras rectas. (15)
Diámetro (mm) Sección (cm2) Masa (kg/m)
Formas de entrega normal
6 (*)
0,283
0,222
8
0,503
0,395
Rollos de 500 a 1.050 kg aproximadamente
10
0,785
0,617
Rectas, largos (m) 6-7-8-9-10-11-12
12
1,131
0,888
16
2,011
1,578
18
2,545
1,998
22
3,801
2,984
25
4,909
3,853
28
6,158
4,834
32
8,043
6,313
Rectas, largos (m) 6-7-8-9-10-11-12
36
10,179
7,990
(*) : El diámetro 6 mm sólo se entrega en el grado A44 y con superficie lisa. Todos los demás diámetros
llevan resaltes y se producen en ambos grados.
TABLA Nº 2.9. Características dimensionales del las barras de acero.
Fuente: http://catalogo.huachipato.cl. 2004.
FIGURA Nº 2.6. Acero de refuerzo comercial.
Fuente: http://catalogo.huachipato.cl. 2004
El acero que será utilizado en los ensayos corresponde a un acero A44-28H, de
diámetro 10 mm., mismas características del utilizado en tesis anterior (Moroni P., 2004)
23
donde se confeccionaron probetas sin protección, con el fin de comparar finalmente los
resultados.
2.2.3 Mecanismos de corrosión en concreto armado
La integridad de una estructura de concreto armado depende tanto de la calidad de sus
componentes como de su dosificación, para lograr las mejores propiedades que
garanticen un periodo de vida útil prolongado. La barrera de protección que le
proporciona el concreto a la varilla de acero es reforzada por el valor de pH alcalino que
se alcanza después de las reacciones de hidratación del cemento, que pasivan al
elemento metálico y lo protegen químicamente. Sin embargo, la interacción con el
medio ambiente provoca que la protección se vea disminuida. Los principales agentes
agresivos son los cloruros en regiones marinas y la carbonatación en zonas rurales e
industriales. La combinación de los agentes agresivos tiene un efecto sinérgico,
acelerando el proceso de degradación de las estructuras de concreto armado.
Es el acero de refuerzo o armadura el componente metálico embebido en la masa de
concreto que le proporciona resistencia a la tracción. Cuando el concreto se prepara
correctamente, debido a su elevado pH (12.5 a 13.5 aproximadamente) mantiene a las
armaduras en estado pasivo, garantizando una protección química que prolonga su vida
útil. Por otro lado, el concreto supone un impedimento físico a la penetración por
difusión de oxígeno, humedad, cloruros, anhídrido carbónico y otras sustancias
agresivas hasta la superficie del acero. Cuando estas condiciones no se satisfacen, el
concreto se hace más permeable a agentes agresivos que ocasionan problemas de
corrosión y causan su pronto deterioro. (4)
Cuando los agentes agresivos no están presentes desde la elaboración del concreto,
éstos penetran a través de él cuando la estructura es puesta en servicio. Al llegar a la
superficie del metal, provocan que la corrosión se desencadene. Una vez que la
corrosión se ha desencadenado, ésta se manifestará bajo tres vertientes: (16)
1) Sobre el acero, con una disminución de su diámetro inicial y por lo tanto de su
capacidad mecánica.
2) Sobre el concreto, debido a que al generarse acumulación de óxidos expansivos en
la interfase acero-concreto, provoca fisuras y desprendimientos.
3) Sobre la adherencia acero/concreto.
Desde el punto de vista de la corrosión del acero en el concreto, Tutti definió un modelo
muy sencillo que representa el tiempo que tarda una estructura de concreto
24
proporcionando servicios para los cuales ha sido diseñada. Este modelo se divide en
dos periodos.
Periodo de iniciación: Tiempo en que tarda el agente agresivo en atravesar el
recubrimiento, alcanzar el acero y provocar el rompimiento de la capa de óxido
protector.
Periodo de propagación: Comprende la acumulación progresiva del deterioro, hasta que
alcanza un nivel inaceptable.
Estos periodos se ilustran en la Figura Nº 2.7.
Grado
de
deterioro
H2O
O2
Cl
CO2
Periodo de
Iniciación
Periodo de propagación
Tiempo
FIGURA Nº 2.7. Tiempo de vida útil de una Estructura.
Fuente: Lea F. (1971)
Durante el periodo de iniciación los agentes agresivos llegan a la superficie del metal e
inician el proceso de corrosión. El Cl puede penetrar la capa pasiva, y el CO2 puede
generar un pH ácido. (4)
A nivel microscópico, una sección de la pieza de acero puede presentar la
microestructura típica que se representa esquemáticamente en la figura Nº 2.8. Se
observan principalmente dos fases. Una fase rica en hierro que los metalurgistas llaman
ferrita y otra fase conteniendo carburos de hierro en una matriz de ferrita. A esta última
fase se le denomina perlita. Puesto que son dos fases diferentes y ambas son
conductoras, es fácil establecer un par galvánico con la presencia de un electrolito. (5)
25
FIGURA Nº 2.8. Microestructura típica de una pieza de acero.
Fuente: Genescá J. (2001)
El electrolito bien podría ser la humedad que existe en la atmósfera, la cual forma
películas muy finas y casi imperceptibles sobre la superficie metálica. Esta película de
agua acumulará y concentrará ciertos elementos e impurezas que están presentes en el
aire, tales como el oxígeno, bióxido de carbono, anhídrido sulfuroso, cloruros, etc.,
dando como resultado una solución muy conductora y específicamente agresiva. En
climas secos, con menos del 50% de humedad relativa, la oxidación del hierro es casi
despreciable. Así pues, la pila de corrosión queda constituida, la conexión eléctrica es la
misma pieza metálica y el electrolito formado sobre la estructura baña a ambas fases.
La ferrita es siempre más anódica (activa) que la fase perlítica (noble). La corrosión se
produce a nivel de microceldas; millones de ellas están distribuidas a lo largo y a lo
ancho de la pieza de acero. El mecanismo heterogéneo de la corrosión tiende a fijar las
reacciones anódicas y catódicas en sitios definidos de la superficie metálica. Basta la
presencia de heterogeneidades, aún dentro de una sola fase metálica, para que la
corrosión se presente, existiendo, claro está, la presencia de un electrolito. Estas
heterogeneidades pueden ser de un tipo o de otro, por ejemplo, diferentes fases
metalúrgicas de una aleación, tales como la perlita y la ferrita, producto de muchas
variables metalúrgicas como se mencionó anteriormente, la presencia de impurezas,
una distribución no uniforme de esfuerzos en el metal, arreglos diferentes en la red
cristalina, etc.(5)
26
2.2.4 El control de la corrosión
Básicamente todos los métodos que existen para lograr controlar la corrosión de los
materiales metálicos, son intentos para interferir con el mecanismo de corrosión, de tal
manera que se pueda hacer que éste sea lo más ineficiente posible.
Dado que, para que exista un proceso de corrosión, debe formarse una pila o celda de
corrosión y, por tanto, un ánodo, un cátodo, un conductor metálico y una solución
conductora, además de una diferencia de potencial entre los electrodos o zonas
anódicas y catódicas, la eliminación de alguno de los componentes esenciales de la
mencionada pila, podría llegar a detener el proceso.
En la práctica, existen tres maneras de lograr lo anterior y por tanto de luchar contra la
corrosión: (5)
1) Aislamiento eléctrico del material. Esto puede lograrse mediante el empleo de
pinturas o resinas, depósitos metálicos de espesor suficiente o por aplicación de
recubrimientos diversos.
De esta forma, se puede lograr aislar el metal del contacto directo con el medio agresivo
(agua, suelo y atmósfera por lo general).
2) Cambiando el sentido de la corriente en la pila de corrosión.
Conectando eléctricamente, por ejemplo, el acero con un metal más activo (cinc o
magnesio) podemos llegar a suprimir la corrosión del acero, ya que dejará de actuar
como ánodo y pasará a comportarse como cátodo, dejando el papel de ánodo al metal
más activo (cinc o magnesio).
Este es el principio de la protección Catódica.
3) Polarización del mecanismo electroquímico.
Esto se puede lograr bien eliminando el oxígeno disuelto, bien mediante la adición en el
medio agresivo de ciertas sustancias llamadas inhibidores, las cuales pueden llegar a
polarizar uno de los electrodos de la pila de corrosión y por lo tanto, llegar a detener o
cuanto menos disminuir sus efectos. En la práctica, lo anterior conlleva una
modificación del entorno o medio ambiente, al cual está expuesto el metal.
El control de la corrosión debe realizarse, siempre que sea posible, desde la etapa
misma del diseño del componente o de la planta. Evitar dentro de las limitaciones del
propio diseño la formación de huecos o cavidades en los cuales pueda quedar atrapada
el agua, eliminar el contacto directo de metales disímiles (pares galvánicos), así como
proporcionar un acceso fácil para un posterior y planificado mantenimiento por pintura
27
durante el servicio, por ejemplo, constituyen alguna de las normas de buena práctica
que ayudarán a un mejor control de la corrosión. (5)
Ya que la corrosión es un proceso electroquímico, un camino evidente para evitarla es
el empleo de materiales químicamente resistentes. Plásticos, cerámicas, vidrios, gomas
y cemento entran dentro de esta categoría. El problema es que en muchos casos no
tienen o no reúnen aquellas otras propiedades, diferentes a la resistencia a la corrosión,
como para satisfacer los requerimientos de servicio.
El objetivo en último término, consiste en seleccionar el material más económico
compatible con las demandas y especificaciones de la aplicación en particular.
Aparte de la resistencia a la corrosión, la selección obvia para muchas aplicaciones es
un acero al carbono. El acero tiene una resistencia "intrínseca" a la corrosión pequeña,
pero aleándolo se tiene el medio de combinar lo económico del acero con la
intrínsicamente alta resistencia a la corrosión de metales relativamente costosos, como
el cromo. (5)
28
2.3
CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO CORROSIVO
2.3.1 Características Físico-químicas
La leche es un líquido de composición y estructura compleja, blanca opaca, de sabor
suave, olor característico y con un pH cercano a la neutralidad. La materia grasa se
encuentra en emulsión, las proteínas constituyen una suspensión, mientras que los
restantes componentes (lactosa, otras sustancias nitrogenadas, minerales, etc.) están
disueltos. (18)
En el Tabla Nº 2.10 se presentan varios perfiles generales de la composición química
1,44
31,70
6,60
1,24
0,94
0,12
1,50
0,60
1,37
0,58
1,40
0,12
0,86
1,17
6,30
35,10
46,10
119,50
otros, 2001
881,50
Taberna y
Coulon, 2000
880,50
Taberna y
34,80
45,70
118,50
31,70
0,87-1,26 0,72-1,65 0,10-0,13 1,16-1,45 0,34-0,45 0,67-1,06
8,70
872,00
Alais, 1985
38,10
47,50
127,30
33,00
1,25
7,50
33,50
48,00
129,00
871,00
Jerrige, 1980
40,00
Total
Seca
Agua
Referencia
Materia Lactosa
Grasa Proteína Cenizas
Calcio
0,95
Fósforo
0,12
Magnesio
1,50
Potasio
0,50
Sodio
1,10
Cloro
de la leche. En la primera columna se citan referencias bibliográficas.
TABLA Nº 2.10. Composición Química de la leche de vaca. Promedios en g/Kg.
Fuente: INTA (2001)
29
El suero de leche se obtiene en el proceso de elaboración del queso. Por acción de los
ácidos lácticos se produce la coagulación de la leche, separándose un líquido
concentrado de proteínas de alto valor biológico, rico en sales minerales, aminoácidos y
vitaminas.
En el proceso la leche se descompone en dos partes: una masa semisólida, compuesta
por caseína y un líquido, que es el suero de leche o lactosuero. El suero de leche es
transparente, de color amarillo verdoso y tiene un sabor ligeramente ácido.
La composición del suero depende del tipo de leche y de los procesos empleados en la
elaboración del subproducto. Sin embargo la composición del suero, en cuanto a sus
macroconstituyentes, es relativamente poco variable. Así se tiene que el lactosuero
típicamente contiene: (18)
Composición típica del Lactosuero
Componentes
Porcentaje
93%
Agua
Sólidos
totales
lactosa
materia grasa
cenizas o sustancias minerales
ácido láctico
materias nitrogenadas
7%
4,9-5,1%
0,3%
0,6%
0,2%
0,9%
TABLA Nº 2.11. Composición Química típica del lactosuero.
Fuente: Corporación de Fomento de la Producción Chile (1980)
Entre los ingredientes menores del suero líquido se destacan:
Ingredientes menores del Lactosuero
Componentes
Calcio
Fósforo
Fierro
Vitamina A
Tiamina
Riboflavina
Niacina
Cantidad
51 mg/100gr
53 mg/100gr
0,1 mg/100gr
10 U.I./100gr
0,03 mg/100gr
0,14 mg/100gr
0,1 mg/100gr
TABLA Nº 2.12. Ingredientes menores del lactosuero.
Fuente: Corporación de Fomento de la Producción Chile (1980)
30
La composición del suero respecto de una leche promedio muestra que han
permanecido en él los siguientes porcentajes de los componentes de la leche:
Composición del suero respecto a una leche
promedio
Componentes
Porcentaje
Lactosa
100%
Caseína
0-1%
Albúmina
37,15%
Otras proteínas
100%
Ácido cítrico
100%
Fósforo orgánico
64,4%
Fósforo total
50%
Calcio
33%
Magnesio
54%
Potasio
100%
Sodio
100%
Cloro
100%
Fierro
100%
Vitamina A
100%
Tiamina
75%
Riboflavina
78%
Niacina
100%
TABLA Nº 2.13. Composición del lactosuero respecto de la leche.
Fuente: Corporación de Fomento de la Producción Chile (1980)
El pH de suero de quesería es de 6,5. En temperatura ambiente baja hasta 4,5.
2.3.2 Agresividad del medio
El medio en análisis corresponde a una sustancia muy agresiva debido a que al hablar
de residuos industriales, en la industria de la lechería, no solo podemos referirnos a
leche y suero de leche, sino también a productos químicos utilizados para la limpieza
como cloro, gel, yodo, ácido (soda), entre otros. También el ambiente esta contaminado
con excrementos de los animales que son limpiados con los productos anteriormente
mencionados. Por estas causas se sabe también que las paredes y principalmente la
losa están siendo permanentemente mojados con agua.
De ahí la importancia de proteger las estructuras que están en contacto con los agentes
agresivos en la industria lechera.
31
De los componentes de la leche y lactosuero, descritos en la tabla Nº 2.10, el cloro es el
más agresivo para el acero de refuerzo en el hormigón armado, en términos corrosivos.
Y el pH es un factor importante ya que es variable a temperatura ambiente, tiende a
bajar a lo largo del tiempo, lo que significa una mayor concentración de iones hidrogeno
(mayor acidez).
2.3.3 Relaciones del medio corrosivo y el material en análisis
Las estructuras que conforman la industria lechera en general corresponden a muros de
hormigón armado, losa de hormigón que puede o no ser armado, barandas metálicas
para set de ordeña, estanques de acero y pozo de ordeña.
Existen otras alternativas utilizadas como por ejemplo la utilización de estructuras de
madera en la pequeña industria lechera, donde se utilizan pozos para la ordeña o bien
se construye una especie de pasarela en altura para realizar esta labor.
En este análisis se estudia el comportamiento del hormigón armado frente al medio
agresivo, como material utilizado en la mediana y gran industria lechera.
El contacto de la leche de vaca, del suero de leche, de productos de limpieza, de agua,
entre otros agentes agresivos, con el hormigón armado se produce principalmente en
pisos y paredes del pozo de ordeña. También existe contacto, pero en menor grado, en
pisos de sectores cercanos a la ordeña y traslado de los animales.
En lo que se refiere a las causas por las cuales aparecen diferentes modalidades de
corrosión, es más difícil encontrar datos. Las más usuales, sin embargo, parecen ser:
—errores en la construcción y/o fabricación,
—especificación inadecuada de los materiales,
—diseño erróneo,
—funcionamiento incorrecto de la planta, y
—mantenimiento inadecuado.
32
2.4
TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS PARA ESTIMAR EL ESTADO DE LA
CORROSION DEL REFUERZO
2.4.1 Métodos de Evaluación
Por las características del concreto de ser una masa de apariencia homogénea y
compacta, se podría pensar que es impermeable al paso de líquidos y gases e inerte
químicamente. Pero los daños observados en obras civiles demuestran lo contrario,
registrándose agrietamientos y elementos metálicos fuertemente oxidados en el interior
del concreto. La estimación del estado de corrosión de la armadura metálica ha sido
estudiada colocando muestras en diferentes condiciones de temperatura, concentración
salina, intemperismo, etc., conocidas mediante el análisis del estado superficial de las
varillas. Estos ensayos requieren periodos prolongados y es indispensable remover la
cubierta de concreto de la varilla, siendo una prueba destructiva.
El uso de técnicas electroquímicas se ha presentado como una opción para el estudio
del acero de refuerzo embebido en concreto mediante señales eléctricas y el análisis de
la respuesta del sistema. La rapidez de medición y sensibilidad son algunas ventajas de
las técnicas electroquímicas, además de ser pruebas no destructivas. (4)
Se han propuesto una amplia variedad de métodos electroanalíticos. Aquellos que se
utilizan con frecuencia se muestran en la Figura Nº 2.9. Estos métodos se dividen en
métodos que tienen lugar en la interfase y métodos que tienen lugar en el seno de la
disolución, siendo los primeros los que tienen mayor aplicación. Los primeros se basan
en fenómenos que tienen lugar en la interfase entre las superficies de los electrodos y la
fina capa de disolución adyacente a estas superficies, mientras que los segundos, por el
contrario, se basan en fenómenos que tienen lugar en el seno de la disolución y se
intentan evitar los efectos de las interfases.
Los métodos que tienen lugar en las interfases se pueden dividir en dos grandes
categorías, estáticos y dinámicos, en función de cómo operan las celdas
electroquímicas, en ausencia o presencia de corriente. Los métodos estáticos implican
medidas potenciométricas y tienen una gran importancia debido a su velocidad y
selectividad. Los métodos dinámicos, en los que la corriente en las celdas
electroquímicas juega un papel importante, son de varios tipos. En los métodos de
potencial controlado, se controla el potencial de la celda mientras se lleva a cabo la
medida de otras variables. (20)
33
FIGURA Nº 2.9.
Resumen de los métodos electroanalíticos comunes. El parámetro
medido aparece entre paréntesis. (/ = intensidad de corriente, E = potencial, R =
resistencia, G=conductancia, Q = cantidad de carga, f = tiempo, vol = volumen de
disolución estándar, wt=peso de especies electrodepositadas.)
Fuente: Skoog/Leavy (1994)
Las más utilizadas son: medición de potencial (Ecorr), resistencia de polarización (Rp),
voltametría cíclica y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). Cada una de
ellas aporta información acerca de las condiciones de la interfase acero-concreto y con
ello del grado de corrosión que se presente en la armadura. (20)
Todas las técnicas aportan información que se complementa con apreciaciones visuales
de deterioro físico (como cuarteaduras) y químicas (carbonatación y penetración de
cloruros principalmente).
Para piezas y estructuras de concreto es importante la estimación del estado de
corrosión de la varilla inmersa por métodos no destructivos y confiables; los ensayos
electroquímicos reúnen estas características, aunque se tienen algunos inconvenientes
de tipo práctico. Las técnicas electroquímicas, consisten en la aplicación de señales de
potencial y el registro de su respuesta en corriente, o bien la aplicación de señales de
corriente y el registro de la repuesta en potencial. De las dos maneras, se polariza la
interfase, y su respuesta es característica de cada sistema bajo estudio.
34
A continuación se presenta un resumen de las técnicas electroquímicas empleadas más
comúnmente. (4)
La Resistencia a la Polarización Cíclica
La resistencia a la polarización cíclica es la técnica electroquímica más simple y de
mayor facilidad de manejo. Aunque la medida de un potencial electroquímico no aporta
información cuantitativa sobre la velocidad de corrosión, ofrece indicaciones
cuantitativas que pueden complementarse con otros ensayos. El procedimiento para la
evaluación de la corrosión del acero de refuerzo embebido en concreto está contenido
en la Norma ASTM-C-876-91, la cual establece criterios que relacionan al potencial de
corrosión y su condición de corrosión, mostrados en la Tabla Nº 2.14.
Ecor vs ESC (mV)
> -120
-120 a -270 mV
<-270 mV
Probabilidad de corrosión
10 % que se presente
zona incierta
90% que se presente
TABLA Nº 2.14. Criterio de probabilidad de corrosión.
Fuente: Norma ASTM.C-876-91(1991)
La técnica de Rp se realiza conectando una terminal de un voltímetro, de alta
impedancia interna, al acero embebido en concreto y la otra terminal, a un electrodo de
referencia. De esta forma se mide un potencial de media celda, como se ilustra en la
Figura Nº 2.10.
FIGURA Nº 2.10. Medición de Potencial.
Fuente: Del Valle A. (2001)
35
Diversos autores han contribuido en el análisis y crítica de esta técnica. Uno de ellos fue
Stratful
(22)
probó esta técnica sobre puentes en los Estados Unidos y determinó las
correlaciones, mostradas en la Tabla Nº 2.15.
Ecor (mV) vs ESC
-240
-275
-350
-450
-500
Probabilidad de corrosión
0%
5%
50%
95%
100%
TABLA Nº 2.15. Criterio de Stratful para potenciales de corrosión como porcentaje
de
probabilidad de corrosión.
Fuente: Andrade C. (1995)
En consecuencia, representó los estados activos y pasivos como sigue:
Ecor (mV) vs ESC
< -270
>-220
-220 a –270
Condición
activa
pasiva
activa o pasiva
TABLA Nº 2.16. Potenciales de corrosión como criterio de la condición de la varilla.
Fuente: Andrade C. (1995)
En la resistencia a la polarización se aplican sobrepotenciales de ± 10 a 30 mV, esta
técnica es ampliamente utilizada por su rapidez.
La pendiente de la curva es la medida directa de la resistencia que ofrece la interfase
metal solución al paso de la corriente. Con el valor obtenido se calcula la corriente de
corrosión mediante la relación: (4)
Icor = B/Rp
Icor = Corriente de corrosión en el sistema.
B = Relación de las pendientes de Tafel anódica y catódica.
Rp = Resistencia de polarización.
Con base en estudios profundos de electroquímica y electrónica, se han construido
equipos para la medición de Rp en campo. Destaca el GECOR6, desarrollado en
España. El equipo determina la velocidad instantánea de corrosión en estructuras de
hormigón armado, utilizando para ello la técnica de la Resistencia de Polarización
aplicada mediante el confinamiento sensorizado de la señal.
Las medidas se realizan de forma automática en un tiempo de 2 a 5 minutos. Los datos
medidos son almacenados en el equipo, pudiendo ser transferidos posteriormente a un
36
PC, a través del puerto serie, para su procesado en gabinete. (4)(Ver figuras Nº 2.11 y
2.12.)
GECOR6 y sensores
FIGURA Nº 2.11. Equipo GECOR6.
Fuente: http://www.geocisa.com (1995)
FIGURA Nº 2.12. Equipos para medir el potencial en terreno.
Fuente: Broomfield J. (1997)
Extrapolación de Tafel.
Es una polarización de alto campo, en la que se aplican sobrepotenciales de 250 a 300
mV tanto en sentido catódico, como anódico.
Con esta técnica se obtiene la icorr por la extrapolación de las regiones catódica y
anódica en el potencial de corrosión. Además, es posible calcular las pendientes de
Tafel, que son parámetros cinéticos útiles en el cálculo de la icorr con Rp.
37
El principal inconveniente de la extrapolación de Tafel es que desplaza a la interfase de
sus condiciones naturales, con la posibilidad de que no sea restablecido el estado
estacionario inicial, o que tarde mucho tiempo. Tiene además como limitación que no es
aplicable a sistemas pasivos, en los cuales la rama anódica describe una tendencia a
mantener o reducir la salida de corriente a medida que se incrementa el potencial,
haciendo imposible la extrapolación. Es poco aplicada para estudios de corrosión en
concreto. (4)
Espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS).
Es una técnica en corriente alterna, con la ventaja de cubrir varios órdenes de magnitud
en frecuencia (desde MHz hasta µHz). Al variar la frecuencia de una señal senoidal de
potencial, la corriente circula por la interfase.
En el principio su uso estuvo muy limitado debido a lo tedioso que era la recolección y
tratamiento de la información, que se llevaba a cabo de manera manual y se trazaban
las gráficas en papel polar. Este problema fue superado con el avance de los sistemas
computarizados que facilitan la captura y organización de los datos obtenidos. (4)
Curvas de Polarización
Para predecir la velocidad de corrosión de un sistema, hay que conocer las curvas de
polarización de cada una de las reacciones electroquímicas que lo componen. Por esto
la determinación y estudio de las curvas de polarización es fundamental en los trabajos
de corrosión.
Las curvas de polarización se pueden determinar mediante una corriente constante y
midiendo el potencial. Se repite este procedimiento a diferentes valores de corriente,
midiendo en cada caso el nuevo potencial alcanzado. Se obtienen así las llamadas
curvas galvanostáticas. Éstas es la técnica de medición más simple en cuanto a equipo
se refiere, si bien solo puede usarse cuando las curvas de polarización muestran una
variación monótona. No es adecuada en casos en que hay cambios bruscos en la curva
i – E, tal como ocurre durante la pasivación de metales.
La otra forma de determinar la relación i – E consiste en aplicar un potencial constante y
determinar la forma en que varía la corriente. Estas curvas potencioestáticas requieren
equipos más complejos que los anteriores pero son las que encuentran mayor
aplicación en los estudios de corrosión de metales. (2)
38
Criterio para evaluar la corrosión del acero en el concreto
(Potenciales respecto de diferentes electrodos de referencia)
Cobre/Sulfato
de cobre
Plata/Cloruro
de plata/
4M KCL
Electrodo
estándar
de Hidrógeno
Condición de la corrosión
‹ -350 mV
‹ -256 mV
‹ -34 mV
Baja (10% de riesgo de
corrosión)
Riesgo de corrosión
Intermedio
Alta ( ‹90% de riesgo de
corrosión)
‹ -500 mV
‹ -406 mV
‹ -184 mV
Corrosión Severa
› -200 mV
› -106 mV
› +116 mV
-200 a -350 mV -106 a -256 mV +116 a -34 mV
TABLA Nº 2.17. Interpretación de potenciales a electrodos de referencia.
Fuente: Broomfield J. (1997)
Curvas Potencioestáticas
Con circuitos tan simples como los galvanostáticos no es posible mantener una probeta
a un potencial constante, que no sea afectado por la corriente. En general se requiere
un circuito electrónico que mantenga el potencial constante y tenga una velocidad de
respuesta suficientemente grande. Estos equipos, llamados Potenciostatos, operan
como se indica en la figura Nº 2.13.
FIGURA Nº 2.13. Circuito potenciostático. 1: probetas; 2: electrodo de referencia; 3:
contraelectrodo; 4: circuito potenciométrico; 5: potenciostato; E:
entrada; S: salida; 6: amperímetro o registrador de corriente continua.
Fuente: Galvele J. (1979)
39
Conocida la densidad de corriente a que se disuelve un metal, o aleación, es posible
calcular la velocidad de corrosión del mismo expresada en una forma conveniente
(mm/día).
Para evaluar la corrosión (icorr) obtenida luego de los ensayos podemos tomar los
parámetros siguientes:
Interpretación: Polarización lineal
Criterio para evaluar la corrosión
(Broomfield et al., 1993, 1994)
Condición pasiva:
Corrosión Moderada Baja:
Corrosión Moderada Alta:
Alto Porcentaje de Corrosión:
Icorr ‹ 0.1 µA/ cm2
0.1 ‹ Icorr ‹ 0.5 µA/ cm2
0.5 ‹ Icorr ‹ 1 µA/ cm2
Icorr › 1 µA/ cm2
Interpretación recomendada
(Clear, 1989)
No se espera corrosión:
Posible corrosión en 10-15 años:
Corrosión esperada en 2-10 años:
Corrosión esperada en 2 años o menos:
Icorr ‹ 0.2 µA/ cm2
0.2 ‹ Icorr ‹ 1 µA/ cm2
1 ‹ Icorr ‹ 10 µA/ cm2
Icorr › 10 µA/ cm2
TABLA Nº 2.18. Interpretación de la densidad de corriente de corrosión.
Fuente: Broomfield J. (1997)
Para los ensayos a realizar se considerarán tanto métodos estáticos como dinámicos.
•
Métodos estáticos: Potenciometría (medición de potencial de celda).
•
Métodos dinámicos: Voltamperometría. (polarización potenciodinámica).
Los métodos potenciométricos de análisis se basan en las medidas del potencial de las
celdas electroquímicas en ausencia de corrientes apreciables.
El equipo requerido para los métodos potenciométricos es simple y barato e incluye un
electrodo de referencia, un electrodo indicador y un dispositivo para medir el potencial.
En la mayor parte de las aplicaciones electroanalíticas es deseable que el potencial de
uno de los electrodos sea conocido, constante y completamente insensible a la
composición de la solución en estudio. Un electrodo que cumple estas condiciones se
llama electrodo de referencia. Junto con el electrodo de referencia se utiliza un electrodo
indicador o de trabajo, cuya respuesta depende de la concentración de analito.
40
El electrodo de referencia ideal debe ser reversible y obedecer a la ecuación de Nernst,
presentar un potencial que sea constante con el tiempo, volver al potencial original
después de haber estado sometido a corrientes pequeñas, y presentar una poca
histéresis con ciclos de temperatura. Si bien no se conocen electrodos de referencia
completamente ideales, algunos están muy próximos.
La voltamperometría engloba un grupo de métodos electroanalíticos en los que la
información sobre el analito se obtiene a partir de medidas de la intensidad de corriente
en una fusión del potencial aplicado obtenidas en condiciones que favorecen la
polarización de un electrodo indicador, o de trabajo.
Es necesario aclarar que todas las técnicas electroquímicas modernas están basadas
prácticamente en el desarrollo de un aparato que se conoce con el nombre de
potenciostato. El potenciostato es un instrumento electrónico que permite imponer a
una muestra metálica colocada en un medio líquido y conductor, un potencial constante
o variable, positivo o negativo, con respecto a un electrodo de referencia. Este
electrodo de referencia no forma parte del circuito de electrólisis y, por el mismo, no
circula corriente alguna. Su presencia se debe exclusivamente a que sirve de
referencia para poner a prueba en todo momento el potencial de la probeta metálica
que se está ensayando.
En voltamperometría, se aplica a una celda electroquímica que contiene tres electrodos
sumergidos en una disolución, una señal de excitación que es un potencial variable. La
señal de excitación provoca una respuesta de intensidad de corriente característica en
la que se basa el método. Uno de los tres electrodos es el microelectrodo, o electrodo
de trabajo, cuyo potencial se varía linealmente con el tiempo. El segundo electrodo es
un electrodo de referencia cuyo potencial permanece constante durante la medida. El
tercer electrodo es un electrodo auxiliar o contraelectrodo, que normalmente es una
espiral de hilo de platino o un depósito de mercurio que sirve simplemente para
conducir la electricidad desde la fuente a través de la disolución al microelectrodo. La
señal de excitación voltamperométrica clásica es el barrido lineal, que es el tipo de
perturbación a utilizar en este ensayo, en el que el barrido de potencial de corriente
continua aplicado a la celda aumenta linealmente en función del tiempo. La intensidad
de corriente que se desarrolla en la celda se registra entonces en función del tiempo (y
por tanto en función del potencial aplicado). (20)
41
2.4.2 Características generales del proceso de ensayo de probetas
Como se menciona en el subcapítulo 2.2.3; la barrera de protección que otorga el
concreto al acero de refuerzo corresponde al pH alcalino que se alcanza después de las
reacciones de hidratación del cemento, que pasivan al elemento metálico y lo protegen
químicamente. Sin embargo, al estar expuesto a una medio agresivo, algunas
sustancias pueden penetrar a través del concreto, debido a su porosidad, y
desencadenar la corrosión.
Para evaluar la corrosión del hormigón armado se realizarán ensayos de tipo
electroquímico: Medidas de Potencial y Barrido Lineal de Potencial. Estos métodos
electroquímicos se explican con más detalle en el capítulo 4.
Para la realización del ensayo experimental es necesario elaborar una probeta que
represente un hormigón armado, y que al mismo tiempo sea posible que el acero de
refuerzo pueda estar en contacto con el exterior para realizar las mediciones.
El modelo es el que indica la figura Nº 2.14, que se muestra a continuación:
FIGURA Nº 2.14. Diseño de probeta de hormigón armado para ensayos
electroquímicos.
Fuente: Elaboración propia (2004)
42
Los elementos esenciales son los que muestra la figura Nº 2.14 donde:
•
Probeta de hormigón y acero de refuerzo: son los elementos fundamentales y
pretenden simular un hormigón armado.
•
Manguera plástica y alambre de cobre: el alambre de cobre sirve como conector
entre el acero de refuerzo, embebido en el hormigón, y el exterior. Además el
alambre es un elemento conductor que permite realizar las mediciones. La
manguera centra el trozo de acero y conduce el alambre al exterior, aislándolo
del concreto que puede interferir el contacto del alambre con el acero.
•
Tapón de silicona: se usa para evitar el ingreso del electrolito destinado al
ensayo, se considera que el paso de sustancias nocivas desde el electrolito
hasta el acero debe ser sólo por las paredes de la probeta de hormigón.
A las probetas se les aplicará un impermeabilizante, cubriendo todo el exterior de la
probeta que estará en contacto con el electrolito.
2.4.3 Objetivos de los ensayos de laboratorio
Los ensayos electroquímicos a realizar tienen por objetivo evaluar el comportamiento
del hormigón armado protegido con un impermeabilizante frente a un medio agresivo
que estará representado por el lactosuero.
Los ensayos se complementan entre sí, siendo el más importante, desde el punto de
vista electroquímico, el ensayo de barrido lineal de potencial, por ser el que entrega
datos más precisos acerca de la velocidad con que ocurre el proceso corrosivo, si
existiere.
Los métodos que serán utilizados en este ensayo nos permitirán saber que ocurre con
el acero, dentro de un hormigón protegido con impermeabilizante. Si existe corrosión; a
qué velocidad ocurre el proceso en términos de la densidad de corriente de corrosión.
Además como complemento, luego de terminado los ensayos electroquímicos, se hará
un análisis detallado de la morfología del daño del acero y un microanálisis que
permitirá conocer qué elementos químicos se encuentran en la superficie del acero,
elementos que pudieran provenir del electrolito.
Existen datos de tesis anteriores
(26)
, que han evaluado este comportamiento para
hormigones armados sin protección alguna, por lo tanto se pretende hacer un análisis
comparativo entre los datos obtenidos para hormigones con y sin protección, con el fin
de evaluar el comportamiento del impermeabilizante usado.
43
Finalmente, los ensayos con técnicas electroquímicas junto con el análisis de
microscopia electrónica y microanálisis, nos pueden entregar información valiosa acerca
del comportamiento del acero de refuerzo, embebido en hormigón armado protegido
con un impermeabilizante, frente al lactosuero que corresponde a un medio agresivo al
que están expuestas estructuras de hormigón armado en industrias lecheras del país.
A continuación se entrega un diagrama donde se explica el objetivo principal de de los
ensayos y análisis.
Ensayos
Medidas de
Potencial
Análisis
Complementarios
Barrido lineal
de potencial
Establece ciertas
condiciones del
metal.
Probabilidad de
corrosión.
Determina la
densidad de
corriente de
corrosión del
acero. Y con
ello que
condición esta
la corrosión.
Microscopia
electrónica de
barrido
Caracteriza el
daño
morfológico del
acero.
Microanálisis
de las
muestras de
acero
Permite analizar
las muestras de
acero en busca
de elementos
químicos
extraños que
puedan ser
nocivos.
FIGURA Nº 2.15. Diagrama de objetivos de ensayos.
Fuente: Elaboración propia (2004)
Definiciones básicas
Potencial electroquímico: es el potencial eléctrico de un metal, relativo a un electrodo de
referencia, medido bajo condiciones de circuito abierto.
Densidad de corriente de corrosión: Se llama velocidad de corrosión o densidad de
corriente de corrosión (icorr) a la perdida de metal por unidad de superficie y tiempo. Las
unidades básicas son g/cm2 día, aunque la forma usual de definirla a partir de medidas
de tipo electroquímico es µA/cm2 o, transformando este dato a partir de la densidad del
metal, en unidades de penetración (mm/año).
44
CAPITULO III
CONFECCIÓN DE PROBETAS
3.1
DESCRIPCIÓN DE MATERIALES
Para confeccionar las probetas, descritas en el subcapítulo 2.4.3, son necesarios los
siguientes materiales:
•
Hormigón HP 35.0 (80) 40/0.5
•
Manguera de gas tipo G – 3702
Para centrar el fierro en la probeta de hormigón y conducir el cable de cobre.
La manguera fue cortada en trozos de 37 cm. y 12 cm.
•
Armadura de acero A44 – 28 H
Se utiliza un fierro de 10 mm. de diámetro y 10 cm. de largo en cada probeta
representando la armadura de un hormigón armado.
•
Tubo PVC Sanitario de 110 mm.
El tubo es cortado cada 20 cm. para confeccionar las probetas.
•
Anticorrosivo Crominio de Zinc.
Este producto se usa para cubrir los extremos del fierro que quedan bajo la
manguera con el fin de evitar que se produzca corrosión en dichos extremos por
invasión de algún elemento extraño.
•
Cable de cobre recubierto THHN – THWN 10 AWG 600V.
El cable es de 3mm. de diámetro y se usan tiras de 31 cm. de largo en cada probeta.
•
Tapa gorro PVC de 110 mm.
Para cerrar un extremo de la probeta.
•
Barras de madera de 10mm. de diámetro.
Se cortan en pequeños trozos para sellar la manguera en su parte inferior.
•
Silicona y tapagoteras.
Se usan para sellar la parte inferior de la probeta con el fin de evitar cualquier
filtración en el momento de que estas entren en contacto con el medio agresivo.
La idea es que por medio del hormigón lleguen los elementos agresivos.
•
Adhesivo PVC – 1
Para pegar un extremo del tubo de PVC al tapagorro.
•
Se utiliza un impermeabilizante Sikaguard 63 CL. Revestimiento epóxico para
cubas de vino y uso industrial.
45
Datos del producto según fabricante: Es un sistema epóxico de dos
componentes, de viscosidad mediana, libre de solventes, 100% sólido, para
revestimiento de protección química.
Entre los usos que se le da al producto está la industria lechera, con certificación
de la Facultad de Química de la Pontificia Universidad Católica de Chile y
Departamento de Agroindustria y Tecnología de Alimentos de la Facultad de
Ciencias Agrarias y Forestales de la Universidad de Chile.
Las ventajas que presenta el producto son las siguientes:
Muy buena adherencia a hormigón, mortero y fierro.
Endurecimiento sin retracción.
Endurecido es 100% impermeable.
Máxima resistencia al ataque químico.
No otorga olor, color ni sabor.
Posee buena resistencia al desgaste.
Es un producto no toxico, certificado por el Instituto de Salud Pública de Chile.
Datos técnicos del producto:
Densidad: 1,5 ± 0,02 kg/dm3 (ASTM D 1475-85)
Potlife de 1 kg. a 20º C: 35 ± 5 min.
Seco al tacto (15 – 20º C): 3 horas (ASTM D 1640-83)
Dureza Shore D (24 horas): >85 (ASTM D 2240 - DIN 53505)
Resistencia a compresión : > 1000 Kgf/cm2 (ASTM D 695-84)
3.2
FABRICACIÓN DE PROBETAS NORMALIZADAS DE HORMIGÓN
3.2.1 Confección de moldajes y accesorios
•
Se dimensionan todos los materiales con los largos requeridos.
•
Dejamos los extremos de cada cable libres del recubrimiento plástico, 3 cm. a
cada lado.
•
A los fierritos se les hace una perforación en uno de sus extremos de 3 mm. De
diámetro en la cara transversal. Esto para luego introducir en él parte del cable.
•
Pintamos los extremos de cada fierro, 2 cm. con el anticorrosivo.
•
Introducimos el cable en el agujero del fierro y fijamos las mangueras en los
extremos del fierro.
46
•
Se introduce un trozo de madera en la manguera de manera que el trozo llegue
hasta el fierro. Se sella con tapa goteras el trozo de madera.
•
Se hace un agujero de unos 13 mm. de diámetro en la tapa de PVC. Para luego
hacer pasar la manguera por él.
•
Con el pegamento para PVC se une el cilindro de PVC con la tapa.
•
Se hace pasar la manguera por el centro del cilindro de PVC y por la tapa, que
salga aproximadamente unos 3 cm.
•
Se fija la manguera a la tapa con silicona.
•
Finalmente se prueba con un tester el paso de corriente del cable. Luego se
procede a llenar las probetas con hormigón.
Figura 3.1. Confección de moldajes probetas de hormigón.
Fuente: Elaboración propia (2004)
3.2.2 Toma de muestras de hormigón
•
La toma de muestras se realiza en terreno, es decir en el lugar de entrega del
hormigón que corresponde a una calle en construcción de la ciudad de Valdivia.
•
Se toman 17 muestras. Las probetas son llenadas y vibradas. Se fija la
manguera, que rodea el cable, tratando que ésta quede lo más centrada posible
en la probeta.
•
Las probetas son dejadas en terreno, cubiertas con un manto plástico como
protección, durante 48 horas.
•
Luego de este periodo las probetas son llevadas al laboratorio LEMCO, recinto
de la Universidad Austral de Chile, para fraguar durante 28 días.
•
Algunas probetas son fisuradas para evaluar el comportamiento del hormigón
armado con algunas microfisuras frente al medio agresivo. A estas probetas se
les aplica una carga de ±50 kg/cm2.
47
•
Los ensayos normalizados del hormigón son realizados por empresa acreditada.
Los resultados se encuentran en el Anexo Nº1.
3.2.3 Impermeabilización de las probetas
Al transcurrir los 28 días las probetas son impermeabilizadas con un producto Sika. El
propósito del experimento fue explicado a la empresa la cual donó el producto que
cumplía las condiciones de acuerdo al medio en que estarían expuestas las probetas. El
producto utilizado es Sikaguard 63 CL que corresponde a un revestimiento epóxico para
cubas de vino y uso industrial.
Aplicación del producto:
Para aplicar el producto sobre las probetas de hormigón se respetan las
especificaciones señalas por el fabricante relacionadas con la proporción de la mezcla,
preparación de las superficies, instrucciones de mezclado, limpieza de herramientas,
método de aplicación e instrucciones de seguridad. (Ver Anexo Nº 2)
El tiempo de espera para realizar el experimento es de 7 días como mínimo, para que el
impermeabilizante adquiera su máxima resistencia.
Figura 3.2. Probetas impermeabilizadas.
Fuente: Elaboración propia (2004)
48
CAPITULO IV
ENSAYOS
4.1
DATOS PRELIMINARES
Para evaluar la corrosión se realizan dos ensayos, el primero mide la evolución del
potencial en el tiempo y el segundo evalúa la densidad de corriente a campo bajo de
sobrepotencial.
Debido al pH variable del medio corrosivo utilizado en los ensayos, el tiempo en que se
realizarán las mediciones será de tres días (72 horas). (De acuerdo a antecedentes de
tesis anterior (26))
Los potenciales serán medidos cada 6 horas, junto con la temperatura y el pH a lo largo
de las 72 horas.
El barrido lineal de potencial se aplicará en distintos tiempos, uno el día 0 (inicio del
ensato) y otro el día 3 (final del ensayo), a probetas fisuradas y no fisuradas. En cada
uno de los días se aplicarán sobrepotenciales de 10, 20 y 30 mV.
Existen 13 probetas dispuestas para el ensayo, de ellas 5 son probetas de hormigón
fisuradas, y 8 no fisuradas.
Las probetas son numeradas y destinadas a cada ensayo de la siguiente manera:
Probeta 1
Probeta 2
Medidas de potencial en el tiempo
Probeta 1F*
Probeta 3
Probeta 4
Probeta 5
Barrido Lineal día 0
Probeta 2F*
Probeta 3F*
Probeta 6
Probeta 7
Probeta 8
Barrido Lineal día 3
Probeta 4F*
Probeta 5F*
*
Donde la letra F denota las probetas fisuradas.
49
4.2
IMPLEMENTACIÓN DE LA CELDA ELECTROQUÍMICA Y PREPARACIÓN
DEL MEDIO ELECTROLÍTICO
La celda electroquímica esta formada por el trozo de acero, que está dentro del
hormigón, y el electrolito que corresponde a un suero de leche de vaca, donado por el
Centro Tecnológico de la Leche de la Universidad Austral de Chile.
Se utilizan 4 recipientes plásticos para contener el suero y las probetas. La disposición
de las probetas fue la siguiente:
•
Recipiente Nº 1: probetas 1, 2 y 1F.
•
Recipiente Nº 2: probetas 3, 4 y 5.
•
Recipiente Nº 3: probetas 6, 7 y 8.
•
Recipiente Nº 4: probetas 2F, 3F, 4F y 5F.
La figura Nº 4.1 muestra las celdas preparadas para las mediciones.
FIGURA Nº 4.1. Celdas electroquímicas, probetas sumergidas en Lactosuero.
Fuente: Elaboración propia (2004)
50
4.3
MEDIDAS DE POTENCIAL Y pH
4.3.1 Materiales y equipos a utilizar
Para determinar el potencial de cada probeta es necesario contar con un voltímetro y un
electrodo de referencia de cobre con sulfato de cobre Cu/CuSO4 (saturado). La barra de
acero dentro de la probeta de hormigón corresponde al electrodo de trabajo.
La medida de pH
y temperatura de la solución se realiza junto a las medidas de
potencial. Para estas mediciones se utiliza un pHímetro que mide ambas variables.
4.3.2 Procedimiento
El electrodo de referencia se sumerge parcialmente en la solución donde se encuentra
la probeta, luego se conecta el voltímetro al electrodo de referencia y al de trabajo, éste
último por medio del alambre que está en contacto con la barra de acero en el interior
de la probeta de hormigón.
Los valores medidos por el voltímetro a cada probeta están en milivoltios.
Las temperaturas están en grados Celsius.
FIGURA Nº 4.2. Voltímetro utilizado para medir los potenciales.
Fuente: Elaboración propia (2004)
51
4.3.3 Resultados obtenidos
Se consideran las medidas de potencial de las probetas destinadas a la segunda etapa
de barrido pues no sufren alteración hasta el día 3, por lo que se pueden utilizar sus
voltajes como representativos junto a las probetas destinadas exclusivamente para la
toma de potencial.
Los resultados obtenidos al cabo de tomar medidas durante tres días se muestran en
las tablas siguientes, donde las medidas están en mV.
Días tacum (hrs)
0
0
6
1
12
18
24
30
2
36
42
48
54
3
60
66
72
Prob 1
-139
-132
-164
-170
-172
-172
-170
-168
-169
-168
-166
-165
-164
Prob 2
-216
-209
-198
-192
-190
-186
-182
-178
-178
-177
-174
-172
-171
Prob 6
0
-6
-14
-172
-166
-160
-156
-152
-151
-149
-146
-142
-143
Prob 7
-146
-146
-139
-134
-131
-128
-124
-120
-120
-119
-117
-116
-115
Prob 8
-181
-195
-184
-178
-175
-172
-167
-163
-162
-160
-157
-154
-153
Prob 1F Prob 4F Prob 5F
-170
-134
-171
-163
-143
-164
-161
-136
-163
-156
-124
-157
-154
-119
-155
-150
-115
-151
-147
-110
-147
-142
-107
-143
-142
-106
-142
-141
-105
-139
-137
-102
-135
-136
-101
-132
-137
-101
-130
TABLA Nº 4.1. Medidas de potencial (mV) versus tiempo (horas).
Fuente: Elaboración propia (2004)
Potencial
Prob. no fisuradas
-136
-138
-140
-169
-167
-164
-160
-156
-156
-155
-152
-150
-149
promedio
Prob. fisuradas
-158
-157
-153
-146
-143
-139
-135
-131
-130
-128
-125
-123
-123
tacum
(hrs)
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
66
72
TABLA Nº 4.2. Potencial promedio (mV) versus tiempo (horas).
Fuente: Elaboración propia (2004)
52
Tiempo (hrs)
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
66
72
promedio
pH
6,02
5,36
4,75
4,64
4,67
4,72
4,72
4,70
4,70
4,67
4,66
4,65
4,64
4,84
Temperatura (ºC)
18,7
16,7
15,5
15,6
16,2
16,3
15,6
15,1
15,6
15,5
15,0
14,7
15,0
15,81
TABLA Nº 4.3. Medidas de pH y temperatura (ºC) del electrolito en el tiempo (hrs).
Fuente: Elaboración propia (2004)
4.3.4 Gráficos
A continuación se entregan los gráficos de potencial y pH en función del tiempo.
Medidas de potencial
Probetas no fisuradas
0
0
20
40
60
80
Potencial (mV)
-50
prob.1
-100
prob.2
prob.6
prob.7
prob.8
-150
-200
-250
tiempo (horas)
GRAFICO Nº 4.1. Medida de potencial (mV) probetas no fisuradas versus tiempo (hrs).
Fuente: Elaboración propia (2004)
53
Medidas de potencial
Probetas fisuradas
0
-20
0
20
40
60
80
Potencial (mV)
-40
-60
prob.1F
-80
prob.4F
-100
prob.5F
-120
-140
-160
-180
tiempo (horas)
GRAFICO Nº 4.2. Medida de potencial (mV) probeta fisuradas versus tiempo (hrs).
Fuente: Elaboración propia (2004)
Medidas de Potencial Promedio
0
-20
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Potencial (mV)
-40
-60
-80
-100
-120
-140
-160
-180
Tiempo (horas)
Probetas no fisuradas
Probetas fisuradas
GRAFICO Nº 4.3. Potencial promedio (mV) de probetas a través del tiempo (hrs).
Fuente: Elaboración propia (2004).
54
Medidas de PH
7
6
pH
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tiempo (horas)
GRAFICO Nº 4.4. Medida de pH a lo largo del tiempo (hrs).
Fuente: Elaboración propia (2004).
4.3.5 Discusión de Resultados
El Gráfico 4.1 muestra las curvas potencial versus tiempo del grupo de probetas no
fisuradas. Los valores de potencial que toman las probetas están en una zona de
pasivación, excepto la probeta Nº 6, que difiere del resto del grupo tomando valores
más positivos de potencial las primeras 15 horas, para luego tomar valores mas
negativos de potencial y seguir el comportamiento del resto del grupo evaluado.
El Gráfico 4.2 muestra las curvas potencial versus tiempo del grupo de probetas
fisuradas. Los valores de potencial medidos para este grupo no difieren mayormente de
los valores que toman las probetas no fisuradas, y están dentro de la zona de
pasivación.
El Gráfico 4.3 muestra las curvas potencial promedio versus tiempo del grupo de
probetas fisuradas junto a la curva de probetas no fisuradas. Aquí se aprecia que
ambas curvas se encuentran en zona de pasivacion, aunque el grupo de probetas
fisuras toma valores más positivos luego de ± 18 horas.
El Gráfico 4.4 da cuenta del cambio de pH del electrolito a través del tiempo. Dentro de
las primeras 10 horas se produce una disminución brusca del pH, para luego
mantenerse más menos constante durante las siguientes 62 horas que dura el ensayo.
55
4.4
MEDIDAS DE VELOCIDAD DE CORROSIÓN
4.4.1 Materiales y equipos a utilizar
Para determinar la intensidad de corriente es necesario contar con un potenciostato que
perturbe el sistema, un electrodo de referencia de cobre con sulfato de cobre Cu/CuSO4
(saturado) y un contraelectrodo o electrodo auxiliar que corresponde a una pequeña
lámina de cobre. El electrodo de trabajo es la barra de acero dentro del hormigón.
También son necesarios dos voltímetros para obtener los datos. (Ver Figura Nº 4.3)
FIGURA Nº 4.3. Potenciostato para medir la intensidad de corriente.
Fuente: Elaboración propia (2004)
4.4.2 Procedimiento
Se sumerge el electrodo de referencia y el contraelectrodo en la solución donde se
encuentra la probeta. Luego se conectan el electrodo de trabajo, el electrodo de
referencia y el contraelectrodo al potenciostato.
56
Los voltímetros se conectan al potenciostato, uno es para verificar el potencial aplicado,
y el otro es para registrar el potencial de respuesta del sistema (voltímetro 1 y 2
respectivamente según Figura Nº 4.3). Los datos entregados por el voltímetro están en
milivoltios.
Posteriormente se aplica el primer sobrepotencial equivalente a 10 mV, se registran los
potenciales cada 1 minuto a lo largo de 15 minutos. La velocidad del barrido lineal es de
0.67 mV/min.
Se sigue el mismo procedimiento para aplicar los 20 mV y 30 mV.
El barrido lineal de potencial se realiza el día 0 y día 3.
Las figuras Nº 4.3, Nº 4.4 y Nº 4.5 muestran la forma de medición y los elementos que
participan.
FIGURA Nº 4.4. Montaje de muestras y equipos para la medida de intensidad de
corriente.
Fuente: Elaboración propia (2004)
57
FIGURA Nº 4.5. Aplicación de sobrepotenciales a muestras.
Fuente: Elaboración propia (2004)
58
4.4.3 Resultados obtenidos
Los datos obtenidos para cada probeta en los distintos días son los siguientes:
Para el día 0:
PROBETA Nº 3
Área acero
factor
Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Potencial (mV)
10 mV 20 mV
30mV
95
21
38
92
24
39
88
26
39
84
28
40
81
29
40
78
30
40
75
31
40
73
32
40
70
32
40
68
33
39
66
33
39
64
33
39
62
33
39
61
34
39
59
34
38
58
34
38
9.4
5
cm2
µA/volt
Intensidad de corriente (microampere/cm2)
10 mV
20 mV
30mV
0.051
0.011
0.020
0.049
0.013
0.021
0.047
0.014
0.021
0.045
0.015
0.021
0.043
0.015
0.021
0.041
0.016
0.021
0.040
0.016
0.021
0.039
0.017
0.021
0.037
0.017
0.021
0.036
0.018
0.021
0.035
0.018
0.021
0.034
0.018
0.021
0.033
0.018
0.021
0.032
0.018
0.021
0.031
0.018
0.020
0.031
0.018
0.020
TABLA Nº 4.4. Medida de intensidad de corriente (µA/cm2) v/s tiempo (min.) Probeta 3.
Fuente: Elaboración propia (2004)
PROBETA Nº 4
Área acero
factor
Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
10 mV
572
400
304
251
217
194
171
163
152
143
136
130
124
119
115
111
Potencial (mV)
20 mV
30mV
159
282
137
162
125
128
119
114
114
107
110
102
106
100
104
97
102
96
99
94
97
94
95
91
93
89
91
88
89
87
87
86
9.4
5
cm2
µA/volt
Intensidad de corriente (microampere/cm2)
10 mV
20 mV
30mV
0.304
0.085
0.150
0.213
0.073
0.086
0.162
0.066
0.068
0.134
0.063
0.061
0.115
0.061
0.057
0.103
0.059
0.054
0.091
0.056
0.053
0.087
0.055
0.052
0.081
0.054
0.051
0.076
0.053
0.050
0.072
0.052
0.050
0.069
0.051
0.048
0.066
0.049
0.047
0.063
0.048
0.047
0.061
0.047
0.046
0.059
0.046
0.046
TABLA Nº 4.5. Medida de intensidad de corriente (µA/cm2) v/s tiempo (min.) Probeta 4.
Fuente: Elaboración propia (2004)
59
PROBETA Nº 5
Área acero
factor
Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Potencial (mV)
10 mV 20 mV
30mV
1150
210
507
603
178
176
421
165
150
368
158
141
318
153
136
283
149
133
258
146
130
238
142
127
223
139
125
210
136
126
199
133
122
168
130
119
136
125
118
148
123
116
146
119
116
136
118
114
9.4
5
cm2
µA/volt
Intensidad de corriente (microampere/cm2)
10 mV
20 mV
30mV
0.612
0.112
0.270
0.321
0.095
0.094
0.224
0.088
0.080
0.196
0.084
0.075
0.169
0.081
0.072
0.151
0.079
0.071
0.137
0.078
0.069
0.127
0.076
0.068
0.119
0.074
0.066
0.112
0.072
0.067
0.106
0.071
0.065
0.089
0.069
0.063
0.072
0.066
0.063
0.079
0.065
0.062
0.078
0.063
0.062
0.072
0.063
0.061
TABLA Nº 4.6. Medida de intensidad de corriente (µA/cm2) v/s tiempo (min.) Probeta 5.
Fuente: Elaboración propia (2004)
PROBETA Nº 2F
Área acero
factor
Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
10 mV
409
271
212
176
157
142
130
121
113
107
101
97
91
85
83
82
Potencial (mV)
20 mV
30mV
498
801
218
163
192
157
181
157
174
149
170
145
161
141
158
140
154
138
150
134
147
132
145
130
140
128
137
126
134
124
132
121
9.4
5
cm2
µA/volt
Intensidad de corriente (microampere/cm2)
10 mV
20 mV
30mV
0.218
0.265
0.426
0.144
0.116
0.087
0.113
0.102
0.084
0.094
0.096
0.084
0.084
0.093
0.079
0.076
0.090
0.077
0.069
0.086
0.075
0.064
0.084
0.074
0.060
0.082
0.073
0.057
0.080
0.071
0.054
0.078
0.070
0.052
0.077
0.069
0.048
0.074
0.068
0.045
0.073
0.067
0.044
0.071
0.066
0.044
0.070
0.064
TABLA Nº 4.7. Medida de intensidad de corriente (µA/cm2) v/s tiempo (min.) Probeta 2F
Fuente: Elaboración propia (2004)
60
PROBETA Nº 3F
Área acero
factor
Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Potencial (mV)
10 mV 20 mV
30mV
293
160
109
196
80
64
148
71
56
125
67
55
109
64
54
98
62
53
90
59
52
84
56
51
78
54
49
74
53
48
70
52
47
67
51
47
62
51
46
61
48
48
59
47
49
57
47
46
9.4
5
cm2
µA/volt
Intensidad de corriente (microampere/cm2)
10 mV
20 mV
30mV
0.156
0.085
0.058
0.104
0.043
0.034
0.079
0.038
0.030
0.066
0.036
0.029
0.058
0.034
0.029
0.052
0.033
0.028
0.048
0.031
0.028
0.045
0.030
0.027
0.041
0.029
0.026
0.039
0.028
0.026
0.037
0.028
0.025
0.036
0.027
0.025
0.033
0.027
0.024
0.032
0.026
0.026
0.031
0.025
0.026
0.030
0.025
0.024
TABLA Nº 4.8. Medida de intensidad de corriente (µA/cm2) v/s tiempo (min.) Probeta 3F
Fuente: Elaboración propia (2004)
Para el día 3:
PROBETA Nº 6
Área acero
factor
Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Potencial (mV)
10 mV 20 mV
30mV
222
62
45
185
58
42
159
55
41
140
53
39
124
49
38
111
47
37
100
45
36
91
43
36
83
42
35
77
40
34
71
39
34
66
37
33
62
36
33
58
35
32
55
34
32
52
33
31
9.4
5
cm2
µA/volt
Intensidad de corriente (microampere/cm2)
10 mV
20 mV
30mV
0.118
0.033
0.024
0.098
0.031
0.022
0.085
0.029
0.022
0.074
0.028
0.021
0.066
0.026
0.020
0.059
0.025
0.020
0.053
0.024
0.019
0.048
0.023
0.019
0.044
0.022
0.019
0.041
0.021
0.018
0.038
0.021
0.018
0.035
0.020
0.018
0.033
0.019
0.018
0.031
0.019
0.017
0.029
0.018
0.017
0.028
0.018
0.016
TABLA Nº 4.9. Medida de intensidad de corriente (µA/cm2) v/s tiempo (min.) Probeta 6.
Fuente: Elaboración propia (2004)
61
PROBETA Nº 7
Área acero
factor
Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Potencial (mV)
10 mV 20 mV
30mV
120
56
407
89
45
67
73
41
46
63
38
41
57
36
39
52
35
37
48
34
36
45
33
35
42
32
34
40
32
34
39
31
33
37
30
33
36
30
32
36
29
33
34
29
32
33
29
31
9.4
5
cm2
µA/volt
Intensidad de corriente (microampere/cm2)
10 mV
20 mV
30mV
0.064
0.030
0.216
0.047
0.024
0.036
0.039
0.022
0.024
0.034
0.020
0.022
0.030
0.019
0.021
0.028
0.019
0.020
0.026
0.018
0.019
0.024
0.018
0.019
0.022
0.017
0.018
0.021
0.017
0.018
0.021
0.016
0.018
0.020
0.016
0.018
0.019
0.016
0.017
0.019
0.015
0.018
0.018
0.015
0.017
0.018
0.015
0.016
TABLA Nº 4.10. Medida de intensidad de corriente (µA/cm2) v/s tiempo (min.) Probeta 7
Fuente: Elaboración propia (2004)
PROBETA Nº 8
Área acero
factor
Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Potencial (mV)
10 mV 20 mV
30mV
577
151
272
313
98
121
220
85
88
170
76
76
141
71
70
122
68
67
109
66
64
100
64
63
92
62
61
85
60
60
80
59
59
77
58
58
73
57
57
70
56
56
67
56
55
64
55
55
9.4
5
cm2
µA/volt
Intensidad de corriente (microampere/cm2)
10 mV
20 mV
30mV
0.307
0.080
0.145
0.166
0.052
0.064
0.117
0.045
0.047
0.090
0.040
0.040
0.075
0.038
0.037
0.065
0.036
0.036
0.058
0.035
0.034
0.053
0.034
0.034
0.049
0.033
0.032
0.045
0.032
0.032
0.043
0.031
0.031
0.041
0.031
0.031
0.039
0.030
0.030
0.037
0.030
0.030
0.036
0.030
0.029
0.034
0.029
0.029
TABLA Nº 4.11. Medida de intensidad de corriente (µA/cm2) v/s tiempo (min.) Probeta 8
Fuente: Elaboración propia (2004)
62
PROBETA Nº 4F
Área acero
factor
Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Potencial (mV)
10 mV 20 mV
30mV
222
317
74
126
68
53
94
54
47
79
48
44
67
45
42
61
44
41
55
43
40
52
41
40
48
40
38
46
39
38
44
38
37
42
37
37
40
38
36
39
36
36
39
35
36
38
34
35
9.4
5
cm2
µA/volt
Intensidad de corriente (microampere/cm2)
10 mV
20 mV
30mV
0.118
0.169
0.039
0.067
0.036
0.028
0.050
0.029
0.025
0.042
0.026
0.023
0.036
0.024
0.022
0.032
0.023
0.022
0.029
0.023
0.021
0.028
0.022
0.021
0.026
0.021
0.020
0.024
0.021
0.020
0.023
0.020
0.020
0.022
0.020
0.020
0.021
0.020
0.019
0.021
0.019
0.019
0.021
0.019
0.019
0.020
0.018
0.019
TABLA Nº 4.12. Medida de intensidad de corriente (µA/cm2) v/s tiempo (min.)
Probeta 4F.
Fuente: Elaboración propia (2004)
PROBETA Nº 5F
Área acero
factor
Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Potencial (mV)
10 mV 20 mV
30mV
264
248
309
166
78
81
124
61
60
101
54
53
86
51
49
76
48
46
69
46
45
64
44
43
59
43
42
55
42
41
53
41
40
49
40
39
48
39
39
45
38
38
44
38
38
44
37
37
9.4
5
cm2
µA/volt
Intensidad de corriente (microampere/cm2)
10 mV
20 mV
30mV
0.140
0.132
0.164
0.088
0.041
0.043
0.066
0.032
0.032
0.054
0.029
0.028
0.046
0.027
0.026
0.040
0.026
0.024
0.037
0.024
0.024
0.034
0.023
0.023
0.031
0.023
0.022
0.029
0.022
0.022
0.028
0.022
0.021
0.026
0.021
0.021
0.026
0.021
0.021
0.024
0.020
0.020
0.023
0.020
0.020
0.023
0.020
0.020
TABLA Nº 4.13. Medida de intensidad de corriente (µA/cm2) v/s tiempo (min.)
Probeta 5F.
Fuente: Elaboración propia (2004)
63
4.4.4 Determinación de las corrientes de corrosión
Con los datos obtenidos en el ensayo podemos determinar la corriente de corrosión
para cada probeta analizada. Trabajo con los valores de densidad de corriente medida
a los 15 minutos.
De la ecuación de Tafel; existe el caso en que η <
RT
, para el cual se puede usar la
F
siguiente ecuación: (8)
i = i0 • η •
Donde:
F
R •T
i = densidad de corriente. (µA/cm2)
η = sobrepotencial aplicado.
F = constante de Faraday. (96485,31 Cb/mol)(20)
R =constante de los gases. (8,314 J/ºK·mol) (20)
T = temperatura. (Temperatura promedio del ensayo 15,81ºC)
i0= corriente de corrosión.
El valor de la densidad de corriente tomado a los 15 minutos, para un sobrepotencial
determinado (η), corresponde a i.
El objetivo principal es encontrar la corriente de corrosión del acero en cada etapa de
barrido (barrido inicial día 0 y barrido final día 3), entonces es necesario determinar la
pendiente de la curva dada por la ecuación anterior, para cada probeta y luego limitar
los datos para tener un i0 para cada día en que se realizó el barrido lineal.
Para determinar las curvas por probeta o por etapa necesito definir una ecuación del
tipo i = a • η + b .
(25)
Tengo los valores de i y de η, obtenidos en las mediciones
realizadas, y puedo definir la variable a en función de i0.
a = i0 •
F
R •T
En resumen:
Ecuación Inicial:
i = 40 • i0 • η
Ecuación Tipo :
i = a •η + b
Los cálculos de la densidad de corriente de corrosión se encuentran en detalle en el
Anexo Nº 3.
64
4.4.4.1
Análisis para cada probeta
Se debe determinar la curva corriente – potencial para cada probeta, para lo cual
supongo una curva del tipo i = a • η + b , donde i es la densidad de corriente medida a
los 15 minutos y η es el sobrepotencial aplicado.
Para determinar la curva utilizo regresión lineal simple, pero como se necesita obtener
una sola curva para cada probeta no considero el cálculo del error estadístico. Las
fórmulas utilizadas son las siguientes:(25)
donde:
n = número de medidas de intensidad de corriente.
Xi = sobrepotencial aplicado.
Yi = intensidad de corriente medida para un sobrepotencial Xi.
Finalmente, al determinar la pendiente de la recta tenemos i0 (corriente de corrosión).
A continuación se muestran las ecuaciones resultantes con su respectiva icorr
determinada por la pendiente de la curva (recta) descrita por el potencial aplicado
versus la corriente de respuesta (η v/s i)
Los gráficos Nº 4.5, 4.6, 4.7 y 4.8, muestran el conjunto de curvas para las probetas en
sus respectivos grupos.
Barrido Lineal de Potencial Día 0
Probeta 3
Ecuación de la recta:
i = -0.5319·η+ 0.0337
icorr = -0.013298 µA/cm2
Probeta 4
Ecuación de la recta:
i = -0.6649·η + 0.0637
icorr = -0.016622 µA/cm2
Probeta 5
Ecuación de la recta:
i = -0.5851·η + 0.0770
icorr = -0.014628 µA/cm2
65
Curva corriente- potencial Probetas no fisuradas
Día 0
0,08
0,07
i (uA/cm2)
0,06
Prob.3
0,05
Prob.4
0,04
Prob.5
0,03
0,02
0,01
0,00
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
n (volt)
GRAFICO Nº 4.5. Curva corriente (uA/cm2) – potencial (mV). Probetas no fisuradas.
Barrido Lineal de Potencial Día 0.
Fuente: Elaboración propia (2004).
Probeta 2F
Ecuación de la recta:
i = 1.0372·η + 0.0387
icorr = 0.025931 µA/cm2
Probeta 3F
Ecuación de la recta:
i = -0.2926·η + 0.0324
icorr = -0.007314 µA/cm2
Curva corriente- potencial Probetas fisuradas
Día 0
0,08
0,07
i (uA/cm2)
0,06
0,05
Prob.2F
0,04
Prob.3F
0,03
0,02
0,01
0,00
0
0,01
0,02
0,03
0,04
n (volt)
GRAFICO Nº 4.6. Curva corriente (uA/cm2) – potencial (mV). Probetas fisuradas.
Barrido Lineal de Potencial Día 0.
Fuente: Elaboración propia (2004).
66
Barrido Lineal de Potencial Día 3
Probeta 6
Ecuación de la recta:
i = -0.5585·η + 0.0317
icorr = -0.013963 µA/cm2
Probeta 7
Ecuación de la recta:
i = -0.0532·η + 0.0176
icorr = -0.001329 µA/cm2
Probeta 8
Ecuación de la recta:
i = -0.2394·η + 0.0356
icorr = -0.005984 µA/cm2
Curva corriente- potencial Probetas no fisuradas
Día 3
0,035
i (uA/cm2)
0,030
0,025
Prob.6
0,020
Prob.7
Prob.8
0,015
0,010
0,005
0,000
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
n (volt)
GRAFICO Nº 4.7. Curva corriente (uA/cm2) – potencial (mV). Probetas no fisuradas.
Barrido Lineal de Potencial Día 3.
Fuente: Elaboración propia (2004).
Probeta 4F
Ecuación de la recta:
i = -0.0798·η + 0.0206
icorr = -0.001995 µA/cm2
Probeta 5F
Ecuación de la recta:
i = -0.1862·η + 0.0246
icorr = -0.004654 µA/cm2
67
Curva corriente- potencial Probetas fisuradas
Día 3
0,025
i (uA/cm2)
0,020
Prob.4F
0,015
Prob.5F
0,010
0,005
0,000
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
n (volt)
GRAFICO Nº 4.8. Curva corriente (uA/cm2) – potencial (mV). Probetas fisuradas.
Barrido Lineal de Potencial día 3.
Fuente: Elaboración propia (2004).
A continuación se grafica la densidad de corriente de corrosión para cada una de las
probetas ensayadas.
Densidad de corriente de corrosión para cada probeta
0,03
0,025
i corr (uA/cm2)
0,02
0,015
0,01
0,005
i corr
0
-0,005
3
4
5
6
7
8
2F
3F
4F
5F
-0,01
-0,015
-0,02
probetas
GRAFICO Nº 4.9. Densidad de corriente de corrosión para cada probeta.
Fuente: Elaboración propia (2004).
68
4.4.4.2
Análisis para cada etapa de barrido
Se debe determinar la curva corriente – potencial para cada etapa de barrido (día 0 y
día 3), para lo cual supongo una curva del tipo i = a • η + b , donde i es la densidad de
corriente promedio, de una determinada etapa, para cada sobrepotencial η aplicado.
Para determinar las curvas que delimiten un área representativa de valores para cada
día en que se realiza barrido lineal de potencial, utilizo regresión lineal, esta vez es
necesario calcular el error estadístico. Las fórmulas utilizadas son las siguientes: (25)
Donde:
n = número de medidas de intensidad de corriente.
Xi = sobrepotencial aplicado.
Yi = intensidad de corriente medida para un sobrepotencial Xi.
Al determinar la pendiente de la curva tenemos i0 (corriente de corrosión).
Es necesario aclarar los grupos de análisis, ya que existen dos días en que se realiza el
barrido y dos tipos de probetas.
-
Probetas no fisuradas para Barrido Lineal Día 0.
-
Probetas fisuradas para Barrido Lineal Día 0.
-
Probetas no fisuradas para Barrido Lineal Día 3.
-
Probetas fisuradas para Barrido Lineal Día 3.
A continuación se entregan los resultados obtenidos tras aplicar regresión lineal, el
desarrollo detallado de los cálculos necesarios se encuentra en el Anexo Nº 3.
69
Día 0: Probetas no fisuradas
Ecuación 1:
i = -0.2613·η + 0.0653
→
icorr = -0.006532 µA/cm2
Ecuación 2:
i = -0.9267·η + 0.0509
→
icorr = -0.023167 µA/cm2
Día 0: Probetas fisuradas
Ecuación 1:
i = 0.7716·η + 0.0442
→
icorr = 0.019289 µA/cm2
Ecuación 2:
i = -0.0269·η + 0.0269
→
icorr = -0.000672 µA/cm2
Día 3: Probetas no fisuradas
Ecuación 1:
i = -0.1199·η + 0.0318
→
icorr = -0.002998 µA/cm2
Ecuación 2:
i = -0.4475·η + 0.0248
→
icorr = -0.011187 µA/cm2
Día 3: Probetas fisuradas
Ecuación 1:
i = -0.0408·η + 0.0246
→
icorr = -0.001021 µA/cm2
Ecuación 2:
i = -0.2251·η + 0.0206
→
icorr = -0.005628 µA/cm2
El siguiente paso es graficar las curvas de cada probeta junto al gráfico de su respectivo
grupo para analizar cada curva con respecto al área característica (limitada por las
curvas representativas de cada día de medida). Los gráficos Nº 4.10, 4.11, 4.12 y 4.13,
muestran las curvas para cada probeta y el área achurada indica un rango de valores
que toma la densidad de corriente, estadísticamente, según el día en que se efectuó el
barrido lineal.
70
GRAFICO Nº 4.10. Curvas corriente-potencial Probetas fisuradas.
Fuente: Elaboración propia (2004)
GRAFICO Nº 4.11. Curvas corriente-potencial Probetas fisuradas.
Fuente: Elaboración propia (2004)
71
GRAFICO Nº 4.12. Curvas corriente-potencial Probetas fisuradas.
Fuente: Elaboración propia (2004)
GRAFICO Nº 4.13. Curvas corriente-potencial Probetas fisuradas.
Fuente: Elaboración propia (2004)
72
4.4.5 Variación de la corriente de corrosión en el tiempo
Primero se toman los valores de cada probeta en su respectiva etapa, para observar su
comportamiento individual.
Luego, para establecer un valor representativo de cada etapa de barrido, se toman los
promedios de icorr de cada grupo (icorr obtenida de la pendiente de cada curva).
El tiempo transcurrido se establece como cada etapa de barrido (primera etapa a las 0
horas; segunda etapa a las 72 horas)
GRAFICO Nº 4.14. Densidad de corriente de corrosión Probetas no Fisuradas.
Fuente: Elaboración propia (2004).
73
GRAFICO Nº 4.15. Densidad de corriente de corrosión Probetas Fisuradas.
Fuente: Elaboración propia (2004).
Probetas no fisuradas
Primera etapa:
icorr promedio = -0.01485 µA/cm2
Segunda etapa:
icorr promedio = -0.00709 µA/cm2
Probetas fisuradas
Primera etapa:
icorr promedio = 0.00931 µA/cm2
Segunda etapa:
icorr promedio = -0.00332 µA/cm2
74
Densidad de corriente de corrosión
en el tiempo
0,015
i corr (uA/cm2)
0,010
0,005
0,000
-0,005
Día 0
Día 3
-0,010
-0,015
-0,020
Días
Prob. no fisuradas
prob. fisuradas
GRAFICO Nº 4.16. Densidad de corriente de corrosión a lo largo del tiempo.
(Barrido lineal día 0, barrido lineal día 3).
Fuente: Elaboración propia (2004).
Las medidas de densidad de corriente y la resultante icorr calculada de la pendiente de
las curvas potencial- densidad de corriente, muestran que la perturbación aplicada al
sistema no tuvo los efectos esperados, las densidades de corriente deberían crecer al
aumentar el sobrepotencial. Para verificar el estado de transferencia de carga es
necesario calcular el área bajo la curva densidad de corriente v/s tiempo (a lo largo de
los 15 minutos), este valor entrega la transferencia de carga que se presenta para cada
sobrepotancial aplicado. Los gráficos de los valores de transferencia de carga se
muestran a continuación.
Transferencia de carga en Coulomb
Probeta 3
0,010
0,008
10 mV
0,006
20 mV
0,004
30 mV
0,002
0,000
Barrido lineal día 0
GRAFICO Nº 4.17. Transferencia de carga a distintos sobrepotenciales. Probeta 3.
Fuente: Elaboración propia (2004).
75
Transferencia de carga en Coulomb
Probeta 4
0,030
0,025
0,020
10 mV
0,015
20 mV
0,010
30 mV
0,005
0,000
Barrido lineal día 0
GRAFICO Nº 4.18. Transferencia de carga a distintos sobrepotenciales. Probeta 4.
Fuente: Elaboración propia (2004).
Transferencia de carga en Coulomb
Probeta 5
0,040
0,035
0,030
0,025
10 mV
0,020
20 mV
30 mV
0,015
0,010
0,005
0,000
Barrido lineal día 0
GRAFICO Nº 4.19. Transferencia de carga a distintos sobrepotenciales. Probeta 5.
Fuente: Elaboración propia (2004).
Transferencia de carga en Coulomb
Probeta 6
0,014
0,012
0,010
10 mV
0,008
20 mV
0,006
30 mV
0,004
0,002
0,000
Barrido lineal día 3
GRAFICO Nº 4.20. Transferencia de carga a distintos sobrepotenciales. Probeta 6.
Fuente: Elaboración propia (2004).
76
Transferencia de carga en Coulomb
Probeta 7
0,007
0,006
0,005
10 mV
0,004
20 mV
0,003
30 mV
0,002
0,001
0,000
Barrido lineal día 3
GRAFICO Nº 4.21. Transferencia de carga a distintos sobrepotenciales. Probeta 7.
Fuente: Elaboración propia (2004).
Transferencia de carga en Coulomb
Probeta 8
0,018
0,016
0,014
0,012
10 mV
0,010
20 mV
0,008
30 mV
0,006
0,004
0,002
0,000
Barrido lineal día 3
GRAFICO Nº 4.22. Transferencia de carga a distintos sobrepotenciales. Probeta 8.
Fuente: Elaboración propia (2004).
Transferencia de carga en Coulomb
Probeta 2F
0,025
0,020
10 mV
0,015
20 mV
0,010
30 mV
0,005
0,000
Barrido lineal día 0
GRAFICO Nº 4.23. Transferencia de carga a distintos sobrepotenciales. Probeta 2F.
Fuente: Elaboración propia (2004).
77
Transferencia de carga en Coulomb
Probeta 3F
0,014
0,012
0,010
10 mV
0,008
20 mV
0,006
30 mV
0,004
0,002
0,000
Barrido lineal dia 0
GRAFICO Nº 4.24. Transferencia de carga a distintos sobrepotenciales. Probeta 3F.
Fuente: Elaboración propia (2004).
Transferencia de carga en Coulomb
Probeta 4F
0,010
0,008
10 mV
0,006
20 mV
0,004
30 mV
0,002
0,000
Barrido lineal día 3
GRAFICO Nº 4.25. Transferencia de carga a distintos sobrepotenciales. Probeta 4F.
Fuente: Elaboración propia (2004).
Transferencia de carga en Coulomb
Probeta 5F
0,012
0,010
0,008
10 mV
0,006
20 mV
30 mV
0,004
0,002
0,000
Barrido lineal día 3
GRAFICO Nº 4.26. Transferencia de carga a distintos sobrepotenciales. Probeta 5F.
Fuente: Elaboración propia (2004).
78
4.4.6 Discusión de Resultados
El Gráfico Nº 4.9 muestra los valores que toma la densidad de corriente de corrosión
para cada probeta ensayada. Se aprecia que icorr tiende a disminuir de la primera a la
segunda etapa de barrido.
En el Gráfico Nº 4.14 se aprecian las densidades de corriente de corrosión para las
probetas no fisuradas, los valores de icorr son muy pequeños, y disminuyen con el
tiempo de exposición al medio electrolítico, como lo indican las barras de las probetas 7
y 8, evaluadas en la segunda etapa de barrido lineal.
En el Gráfico Nº 4.15 se aprecian las densidades de corriente de corrosión para las
probetas fisuradas, los valores de icorr son pequeños, menores incluso que los valores
de las probetas no fisuradas, excepto la probeta 2F que toma el valor más alto de icorr
(evaluando en términos de magnitud). Aquí también se aprecia una disminución de icorr
en el tiempo.
El Gráfico Nº 4.16 muestra las densidades de corriente de corrosión promedio para
cada etapa de barrido lineal diferenciando probetas fisuradas de no fisuradas. Se ve
con mayor claridad que la velocidad de corrosión (icorr) decrece en el tiempo, lo que
indicaría que luego de transcurridas las 72 horas una capa de oxido superficial en el
acero pasiva el sistema y hace que la corrosión, que ya es de un orden muy pequeño,
sea un proceso mas lento.
En general, los valores de icorr son muy pequeños, y aparecen valores negativos, en
otras palabras las rectas poseen pendiente negativa lo que indica una relación
inversamente proporcional entre el sobrepotencial aplicado y la densidad de corriente
resultante de la perturbación, entonces estamos en presencia de un proceso que no
esta dominado por la transferencia de carga, como se comprobó en gráficos de
transferencia de carga donde se ve claramente que en la mayoría de los casos la
transferencia va disminuyendo a medida que se incrementa el potencial aplicado. Esto
se complementa con los valores de potencial obtenidos a lo largo de las 72 horas, que
mostraban que el acero estaba pasivado, lo que explicaría el comportamiento del
sistema, controlado por el oxido propio de la pasivación.
Se esperaba que la perturbación anódica creciente, si el proceso está dominado por la
transferencia de carga, generara corrientes anódicas crecientes, sin embargo ocurrió lo
contrario en la mayoría de los casos, esto se puede atribuir a que el proceso estaba
controlado difusionalmente, o bien el metal se pasivó al comienzo del ensayo y por ello
se resistió a la degradación (los gráficos de potencial en el tiempo verifican esta
hipótesis).
79
CAPITULO V
CARACTERIZACIÓN DEL DAÑO EN EL ACERO POR MICROSCOPIA
ELECTRÓNICA
5.1
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE PROBETAS PARA S.E.M.
Luego de realizados los ensayos, se rompen las probetas de hormigón para extraer el
trozo de acero, el cual debe ser analizado por microvia electrónica con el fin de conocer
físicamente los daños producidos por el contacto con el suero, y así evaluar el
comportamiento tanto de la probeta como del impermeabilizante frente al medio al que
estuvo expuesto.
Se necesitan muestras del acero para un análisis de la sección transversal y para
observar parte del manto del trozo de acero, en busca de irregularidades.
Los tipos de muestras que se necesitan para estos análisis son:
•
Muestra montada en baquelita: donde se analiza el corte transversal, es decir
una de las caras para observar el borde de la circunferencia.
•
Muestra simple: donde se analiza la superficie del trozo de acero, es decir el
manto del cilindro, para observar irregularidades.
•
Muestra no alterada. Corresponde a un trozo de acero que no halla sido
expuesto al suero, se utiliza para comparaciones.
•
Muestra del impermeabilizante: corresponde a un trozo del impermeabilizante
extraído con cuidado de una de las probetas, con el fin de analizar su superficie,
porosidades, etc.
Con los resultados obtenidos en los ensayos realizados se pueden escoger las probetas
a las cuales se les hará el análisis microscópico. Los criterios de selección tienen
relación básicamente con el valor de la densidad de corriente de corrosión resultante
del barrido lineal de potencial.
En la tabla Nº5.1, se menciona la característica de la probeta escogida para la
microscopia electrónica de barrido (S.E.M.), basándose en los gráficos de la sección
4.4.5. Donde se aprecian los valores de icorr para cada probeta dentro de un área
característica representativa del grupo de probetas correspondiente y día en que se
realizo el barrido lineal.
80
* Muestra montada en bakelita
Grupo
no
fisuradas
Probeta
4
Etapa de
barrido
Día 0
8
Día 3
M
no expuesta
2F
Día 0
5F
Día 3
fisuradas
icorr
Observaciones
-0.01662 Posee el valor más alto de icorr
dentro del grupo de probetas no
fisuradas, primera etapa de barrido.
-0.00598 El valor de icorr se encuentra en un
rango medio dentro del grupo de
probetas no fisuradas, segunda etapa
de barrido.
.......... Se toma para comparación posterior.
Esta muestra proviene de una
probeta que no ha sido expuesta
al medio corrosivo.
0.02593 Posee el valor de icorr más alto
dentro del grupo de probetas
fisuradas, primera etapa de barrido.
Además es el único valor positivo.
-0.00465 Posee el valor de icorr más alto dentro
del grupo de probetas fisuradas,
segunda etapa de barrido.
* Muestra simple (sin montaje)
Grupo Probeta
no
4
fisurada
2F
fisurada
Etapa de
barrido
Día 0
Día 0
icorr
Observaciones
-0.01662 Posee el valor de icorr más alto del
grupo de probetas no fisuradas.
0.02593 Posee el valor de icorr más alto
dentro del grupo de probetas
fisuradas y no fisuradas. Además es
la única que presenta valor de icorr
positivo.
TABLA Nº 5.1. Criterios de selección de probetas para analizar el acero por
microscopía electrónica.
Fuente: Elaboración propia (2004).
Las muestras se extraen del trozo de acero, parte central del acero de refuerzo. Se
corta un pequeño trozo de aproximadamente 5mm de espesor, como se aprecia en la
figura Nº 5.1. Luego se montan en bakelita con el equipo que se muestra en la figura Nº
5.2. Las muestran además son pulidas hasta obtener una muestra sin rastros del corte
realizado para la extracción.
Las muestras de tipo longitudinal, no se montan en bakelita, pues se desea ver el
manto.
81
FIGURA Nº 5.1. Corte de barra de acero en parte central para análisis
Microscópico.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
FIGURA Nº 5.2. Preparación muestras para microscopia.
La figura (a) muestra el equipo utilizado y la (b) muestra el trozo de
acero montado en bakelita.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
82
5.2
MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO Y MICROANÁLISIS
A continuación se muestra la selección de imágenes entregadas por el microscopio
electrónico de barrido con su respectivo análisis. Además fueron seleccionadas algunas
zonas de las muestras para realizar un microanálisis superficial (espectros) con el fin de
determinar la composición química de la zona observada.
Aquí fueron seleccionadas las imágenes más representativas, el total de las imágenes
obtenidas de la microscopía electrónica de barrido se encuentran en el Anexo Nº 4.
Probetas Hormigón No Fisuradas. Análisis en sección Transversal acero de
refuerzo
Muestra 4
Imagen Nº 1: SEM, 100X
Panorámica superficial, borde superficie, sección transversal de muestra de acero,
donde se aprecia morfología sin ataque o daño aparente al refuerzo.
IMAGEN Nº 1. Probeta Nº 4. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
83
Imagen Nº 2: SEM, 500X
Detalle con mayor magnificación de borde acero. No se observa daño por corrosión. Se
considera necesario un microanálisis a este sector para verificar la química de las
partículas que se aprecian en la foto.
IMAGEN Nº 2. Probeta Nº 4. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Microanálisis
Corresponde a imagen Nº 2. Se detecta una zona de mínimo ataque del cloro (Cl-)
sobre el acero, cloro presente en el electrolito utilizado en los ensayos de corrosión. Al
mismo tiempo existe una zona con partículas claras que son productos de corrosión con
estructuras complejas base Fe, Al, Si y Oxigeno.
Element
Weight%
Atomic%
OK
Al K
Si K
Cl K
Fe K
42.99
0.14
0.19
5.52
51.17
71.26
0.14
0.18
4.13
24.30
Totals
100.00
84
Imagen Nº 3: SEM, 100X
Detalle de otro sector del borde de la muestra de acero. No se observa daño por
corrosión, sólo marcas por el corte de la sección transversal del acero.
IMAGEN Nº 3. Probeta Nº 4. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Imagen Nº 4: SEM, 500X
En borde refuerzo de acero, se observa un deterioro que no es debido a un ataque por
corrosión sino a desprendimiento mecánico con el corte.
IMAGEN Nº 4. Probeta Nº 4. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
85
Muestra 8
Imagen Nº 5: SEM, 500X
Detalle zona de borde en que no se aprecia daño por corrosión en el acero ni productos
de corrosión por picado ni de tipo granular.
IMAGEN Nº 5. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Imagen Nº 6: SEM, 100X
Borde muestra en que no se evidencia daño por corrosión en el acero frente al medio
ensayado.
IMAGEN Nº 6. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
86
Imagen Nº 7: SEM, 3780X
Detalle zona de borde en que no se aprecia daño por corrosión en el acero ni productos
de corrosión por acción del medio de ensayo.
IMAGEN Nº 7. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Probetas Hormigón Fisuradas. Análisis en sección Transversal refuerzo de acero.
Muestra 2F
Imagen Nº 8: SEM, 100X
Parte de borde donde está la estría del acero. No se evidencia daño por corrosión, sólo
marcas por corte de material. Se realiza un microanálisis en este sector.
IMAGEN Nº 8. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
87
Microanálisis
Corresponde a la imagen Nº 8. Se aprecia en el espectro la presencia de Fe y
elementos del concreto (en fino sustrato de oxido e hidratos) como son: Ca, K, C, O, Ti,
Na, Mg, Al, Si, P y S. los dos últimos corresponden a impurezas.
Element
Weight%
Atomic%
CK
OK
Na K
Mg K
Al K
Si K
PK
SK
KK
Ca K
Ti K
Fe K
Totals
50.24
35.37
0.70
0.58
0.34
0.76
1.47
0.15
0.09
4.26
2.27
3.77
100.00
61.85
32.69
0.45
0.35
0.19
0.40
0.70
0.07
0.03
1.57
0.70
1.00
Imagen Nº 9: SEM, 187X
Panorámica superficie borde refuerzo de acero en que no se evidencia daño por
corrosión, sólo marcas por corte de material.
IMAGEN Nº 9. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
88
Imagen Nº 10: SEM, 1530X
En borde de acero se observan gránulos tipo circulares, deformados. Se considera
necesario un microanálisis a este sector para verificar la química de dichos gránulos.
IMAGEN Nº 10. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Microanálisis
Este análisis corresponde a la imagen Nº 20. Se visualizan pequeñas esferas
deformadas. El microanálisis revela la presencia de oxido complejo base Fe, K, Si y
carbonatos Ca, C, O. aparece detectado el cloro (Cl) en pequeña cantidad, el cual se
difundió a través del concreto en el ensayo de corrosión, pero su efecto es mínimo pues
no se evidencia microcorrosión en el acero.
Element
Weight%
Atomic%
CK
OK
Na K
Mg K
Al K
Si K
PK
SK
Cl K
KK
Ca K
Mn K
Fe K
23.46
45.27
0.58
0.28
0.88
1.73
0.82
0.37
0.19
0.25
5.20
0.24
20.72
35.71
51.74
0.46
0.21
0.60
1.13
0.48
0.21
0.10
0.12
2.37
0.08
6.78
Totals
100.00
89
Imagen Nº 11: SEM, 28X
Otra zona de borde de muestra de acero de hormigón sujeto al medio electrolítico. No
hay morfología de daño por corrosión, sólo se aprecian marcas por corte transversal de
la probeta.
IMAGEN Nº 11. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Muestra 5F
Imagen Nº 12: SEM, 120X
Panorámica superficial borde muestra de acero, sin daño aparente por corrosión (lado
derecho). Zona clara es fino sustrato de óxido sobre el acero.
IMAGEN Nº 12. Probeta Nº 5F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
90
Imagen Nº 13: SEM, 1000X
Detalle borde de acero en que no se aprecia daño por corrosión. Se observan gránulos
de la oxidación superficial del acero en contacto con el concreto.
Foto Nº 13. Probeta Nº 5F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Microanálisis
Corresponde a imagen Nº 23. Se observan aglomeración de partículas en el borde de la
muestra de acero. Se detecta Fe, Mn, que conforman óxidos superficiales y la presencia
de componentes del concreto como C, O, Na, Al, Si, P y Ca en fino sustrato.
Element
Weight%
Atomic%
CK
OK
FK
Si K
Ca K
Mn K
Fe K
4.85
3.72
1.74
0.76
0.58
0.66
87.69
17.16
9.89
3.90
1.15
0.62
0.51
66.77
Totals
100.00
91
Imagen Nº 14: SEM, 1000X
Parte de borde de acero donde se aprecian gránulos de la oxidación superficial del
acero de refuerzo.
IMAGEN Nº 14. Probeta Nº 5F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Microanálisis
Corresponde a imagen Nº 25. Se aprecia la detección principalmente del Fe y Mn del
acero y componentes del concreto en Ca, Si, F, O, C. los gránulos son estructuras
complejas de CaK, MnK, MnK y FeK.
Element
Weight%
Atomic%
CK
OK
Na K
Al K
Si K
PK
Ca K
Mn K
Fe K
9.55
18.26
0.30
0.35
3.24
0.54
4.06
1.05
62.64
23.83
34.20
0.39
0.39
3.46
0.52
3.03
0.57
33.60
Totals
100.00
92
Imagen Nº 15: SEM, 3250X
Con mayor magnificación la morfología del acero muestra marcas de corte transversal y
fina capa de óxido superficial. No hay ataque del medio ensayado por corrosión.
IMAGEN Nº 15. Probeta Nº 5F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Observaciones en sección longitudinal refuerzo acero
Muestra 2F
Imagen Nº 16: SEM, 100X
Se observa fino sustrato de oxido de hierro superficial sobre refuerzo de acero. El
sustrato es discontinuo y tiene como función proteger al acero.
IMAGEN Nº 16. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
93
Imagen Nº 17: SEM, 1000X
Con mayor magnificación se observan distintos estados de oxidación del fino sustrato
de hierro, debido a los cambios de coloración oscuras a grises claros (FeO, Fe2O3)
IMAGEN Nº 17. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Muestra 4
Imagen Nº 18: SEM, 100X
Se observa morfología fino sustrato de oxido de hierro sobre superficie de acero que
estuvo en contacto con el concreto. Hay discontinuidad y pequeñas inclusiones
superficiales.
IMAGEN Nº 18. Probeta Nº 4. Corte longitudinal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
94
Imagen Nº 19: SEM, 500X
Se tiene información de partículas aglomerantes en el sustrato superficial que cubre el
acero de refuerzo. Partículas de distintos tamaños y morfología, que cubren al material
metálico.
IMAGEN Nº 19. Probeta Nº 4. Corte longitudinal
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Caracterización recubrimiento protector Sikaguard® 63 CL (Sika) del hormigón
Recubrimiento, cara exterior expuesta al medio electrolítico
Imagen Nº 20: SEM, 187X
Panorámica superficial del recubrimiento, bajo aumento, en que se aprecian un par de
poros.
IMAGEN Nº 20. Muestra Impermeabilizante. Cara exterior.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
95
Imagen Nº 21: SEM, 5010X
Con mayor magnificación se hace evidente la existencia de muchos poros presentes en
la superficie del recubrimiento con un tamaño medio de 0.25 µm. Los poros son
responsables de permitir el paso de fluidos agresivos al concreto y eventualmente
atacar al concreto armado.
IMAGEN Nº 21. Muestra Impermeabilizante. Cara exterior.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Imagen Nº 22: SEM, 25620X
Detalle con mayor aumento de las dimensiones de un poro en el recubrimiento. Dado
que la corrosión del refuerzo de acero fue mínima, estos poros debieran ser cerrados o
bien estrechar su diámetro en el espesor del recubrimiento.
IMAGEN Nº 22. Muestra Impermeabilizante. Cara exterior.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
96
Recubrimiento, cara interior expuesta al hormigón
Imagen Nº 23: SEM, 1500X
La panorámica superficial no muestra defectos superficiales del recubrimiento como
poros o discontinuidades.
IMAGEN Nº 23. Muestra Impermeabilizante. Cara interior, expuesta al hormigón.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Imagen Nº 24: SEM, 5010X
Con mayor aumento se aprecian algunos poros, que son las vías de interacción para
que fluidos alcancen al acero de refuerzo en el hormigón.
IMAGEN Nº 24. Muestra Impermeabilizante. Cara interior, expuesta al hormigón.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
97
Imagen Nº 25: SEM, 25620X
Con mayor magnificación, en otra zona del recubrimiento Sikaguard 63, se observa una
morfología de tipo granular y continua (derecha). A la izquierda se tiene una morfología
distinta, tipo granular, que evidencia que se trata de dos capas o sustratos del
recubrimiento.
IMAGEN Nº 25. Muestra Impermeabilizante. Cara interior, expuesta al hormigón.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Caracterización muestra de acero de refuerzo que no ha sido expuesta al medio
electrolítico.
Microanálisis muestra control
El espectro detecta la presencia de Fe y Mn constituyentes del acero. Y la presencia de
Ca, C, O, Al, Si constituyentes del concreto, que conforman microestructuras finas de
hidróxido, hidrato de calcio- silicio y aluminatos en contacto con superficie del acero de
refuerzo.
Element
Weight%
Atomic%
CK
OK
Al K
Si K
Ca K
Mn K
Fe K
7.43
17.94
0.58
1.92
3.01
0.69
68.42
19.67
35.69
0.69
2.18
2.39
0.40
38.98
Totals
100.00
98
5.3
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
En la muestra 4 no se aprecia mayor daño producido por corrosión, sin embargo el
microanálisis revela la presencia de cloro proveniente del lactosuero. El daño es
mínimo.
La muestra 8 no presenta daño aparente por corrosión
La muestra 2F presenta irregularidades en su superficie y el microanálisis revela que
existe cloro en pequeña cantidad.
En la muestra 5F se aprecia fino sustrato de oxido sobre el acero, pero no hay ataque
por corrosión.
En general las imágenes tomadas en la microscopia electrónica de barrido muestran
que no existe mayor diferencia en el comportamiento de probetas fisuradas y no
fisuradas, los aceros de ambas probetas presentan la misma característica común; no
existe ataque pero si hay una fina capa de oxido superficial.
Las imágenes del impermeabilizante sikaguard 63 CL, muestran que éste presenta
pequeñísimos poros. Se piensa que la gran mayoría de ellos debe ser cerrado, por el
grado mínimo de corrosión evidenciada en las muestras analizadas.
Los microanálisis realizados dan cuenta que hay cloro en las muestras de acero, en
pequeños porcentajes, pudiendo penetrar el recubrimiento.
El análisis realizado de la eventual degradación del hormigón por el medio ensayado se
refiere sólo a la susceptibilidad a la corrosión que presenta el material y no a aspectos
de su resistencia mecánica, que podrían verse afectados por la presencia controlada de
microfisuras o microgrietas del hormigón para los ensayos.
99
CAPITULO VI
DISCUSIÓN Y COMPARACIÓN CON TESIS ANTERIOR
6.1
RESUMEN DE RESULTADOS Y DATOS TESIS ANTERIOR
Existen datos de tesis anterior (Moroni P., 2004), donde se evalúa, mediante los
mismos ensayos realizados en este trabajo, el comportamiento del hormigón armado en
presencia de lactosuero, pero sin protección alguna.
(26)
Gracias a estos datos es
posible evaluar el comportamiento del impermeabilizante, verificando si hubo un menor
daño del acero de refuerzo al proteger el hormigón.
A continuación se presentan los resultados obtenidos en los ensayos en forma
resumida junto con los resultados de tesis anterior.
Al hablar de probetas fisuradas y no fisuradas se entenderá que ambas son probetas de
hormigón impermeabilizadas, la comparación se hará con las probetas de hormigón sin
protección.
Para los valores de potencial medidos a lo largo de 72 horas tenemos las siguientes
tablas, donde los potenciales están en mV:
PROBETAS IMPERMEABILIZADAS
Días tacum
(horas)
0
1
2
3
Prob
1
Prob
2
Prob
6
Prob
7
Prob
8
Prob
1F
Prob
4F
Prob
5F
Prom. Prom.
PNF
PF
0
-139
-216
0
-146
-181
-170
-134
-171
-136
-158
6
-132
-209
-6
-146
-195
-163
-143
-164
-138
-157
12
-164
-198
-14
-139
-184
-161
-136
-163
-140
-153
18
-170
-192
-172
-134
-178
-156
-124
-157
-169
-146
24
-172
-190
-166
-131
-175
-154
-119
-155
-167
-143
30
-172
-186
-160
-128
-172
-150
-115
-151
-164
-139
36
-170
-182
-156
-124
-167
-147
-110
-147
-160
-135
42
-168
-178
-152
-120
-163
-142
-107
-143
-156
-131
48
-169
-178
-151
-120
-162
-142
-106
-142
-156
-130
54
-168
-177
-149
-119
-160
-141
-105
-139
-155
-128
60
-166
-174
-146
-117
-157
-137
-102
-135
-152
-125
66
-165
-172
-142
-116
-154
-136
-101
-132
-150
-123
72
-164
-171
-143
-115
-153
-137
-101
-130
-149
-123
TABLA Nº 6.1. Medida de potenciales en el tiempo. Probetas protegidas.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
100
PROBETAS SIN PROTECCIÓN
Días tacum (hrs.)
0
1
2
3
Prob 1
Prob 2
Prob 3
Prob 4
Prob 5
Prob 6
Promedio
0
-35
-38
-41
-38
-36
-38
-38
6
-31
-32
-34
-33
-31
-33
-32
12
-26
-28
-29
-28
-27
-28
-28
18
-61
48
85
-67
-64
-66
-21
24
-59
-1
13
-65
-63
-65
-40
30
-69
-27
-19
-76
-72
-75
-56
36
-70
-40
-37
-76
-72
-74
-62
42
-94
-69
-67
-100
-95
-98
-87
48
-91
-77
-75
-96
-91
-94
-87
54
-97
-91
-89
-102
-98
-98
-96
60
-93
-94
-93
-99
-94
-94
-95
66
-90
-92
-92
-94
-89
-88
-91
72
-97
-103
-103
-102
-97
-95
-100
TABLA Nº 6.2. Medida de potenciales en el tiempo. Probetas sin protección.
Fuente: Moroni P. (2004)
Medidas de potencial
0
-20
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Potencial (mV)
-40
-60
-80
-100
-120
-140
-160
-180
Tiempo (horas)
Probetas no fisuradas
Probetas fisuradas
Probetas sin protección
GRAFICO Nº 6.1. Potencial en el tiempo. Probetas con y sin protección.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
101
En cuanto a los resultados del barrido lineal de potencial se tienen los siguientes
valores:
Tiempo
(hrs)
0
72
PROBETAS NO FISURADAS
Prob.
i corr
Prom.
(uA/cm2)
i corr
3
-0,013298
4
-0,016622
-0,014849
5
-0,014628
6
-0,013963
7
-0,001330
-0,007092
8
-0,005984
TABLA Nº 6.3. Densidad de corriente de corrosión. Probetas no fisuradas.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Tiempo
(hrs)
0
72
PROBETAS FISURADAS
Prob.
i corr
Prom.
(uA/cm2)
i corr
2F
0,025931
0,009309
3F
-0,007314
4F
-0,001995
-0,003324
5F
-0,004654
TABLA Nº 6.4. Densidad de corriente de corrosión. Probetas fisuradas.
Fuente: Elaboración propia. (2004)
Tiempo
(hrs)
12
72
PROBETAS SIN PROTECCION
Prob.
i corr
Prom.
(uA/cm2)
i corr
2
171
222
3
273
4
-0,357
5
0,307
0,357
6
-0,261
TABLA Nº 6.5. Densidad de corriente de corrosión. Probetas sin protección.
Fuente: Moroni P. (2004)
102
6.2
DISCUSIÓN Y COMPARACIÓN DE RESULTADOS
El Gráfico Nº 6.1 muestra la gran diferencia que existe entre los valores de potencial
que toman las probetas protegidas con impermeabilizante y las sin protección. Las
probetas sin protección toman valores más positivos, lo que indica que se produce
oxidación hasta aproximadamente las 12 horas y luego los potenciales se hacen más
negativos, sin embargo siguen estando en un rango diferente a las probetas
impermeabilizadas.
De los valores de densidad de corriente de corrosión podemos decir que, al igual que
en los valores de potencial, existe gran diferencia, la corriente de corrosión en las
probetas sin protección es mucho mayor comparando los valores de las tablas 6.3, 6.4 y
6.5.
Las probetas fisuradas se comportan muy parecido a las no fisuradas, pero mantienen
una gran diferencia con las probetas sin protección. Éstas ultimas presentan un alto
porcentaje de corrosión en la primera etapa de barrido, en la segunda etapa de barrido
la corriente disminuye bastante, aun así sigue tomando valores mayores que las
probetas protegidas.
Evaluación de los potenciales medidos
Las probetas protegidas tienen potenciales que están dentro del rango -120 a -170 mV,
por lo tanto el acero se encuentran en una condición pasiva durante todo el tiempo que
la probeta estuvo expuesta al lactosuero.
Las probetas sin protección tienen potenciales que están dentro del rango -20 a -100
mV, los potenciales toman valores más positivos, entonces existe mayor posibilidad de
corrosión. (26)
Evaluación de las densidades de corriente
Para evaluar las densidades de corriente de corrosión (icorr) medidas en el ensayo de
barrido lineal de potencial podemos hacer uso de la tabla 2.18, la cual nos da un criterio
de evaluación de la corrosión según el valor que tome la densidad de corriente. Para
estos efectos tomamos el módulo de la densidad de corriente medida.
Las probetas no fisuradas que están protegidas tienen corrientes que van desde 0.013
a 0.017 µA/cm2, por lo tanto el acero se encuentran en una condición pasiva.
103
Las probetas fisuradas que están protegidas tienen corrientes que van desde 0.008 a
0.026 µA/cm2, por lo tanto el acero se encuentran en una condición pasiva.
Las probetas sin protección tienen corrientes que van desde 0.357 a 222 µA/cm2, por lo
tanto el acero se encuentran en una condición de alto porcentaje de corrosión en la
primera etapa, y en la segunda etapa disminuyen los valores de la corriente y estaría en
un rango de corrosión moderada baja. (26)
Finalmente, al comparar los resultados tanto de potencial como de densidad de
corriente de corrosión, podemos decir que las probetas protegidas se encuentran en un
estado de pasivación que no permite que se produzca la corrosión, en cambio las
probetas sin protección fueron atacadas más fácilmente por los agentes corrosivos del
lactosuero.
Las probetas protegidas con el impermeabilizante presentan un proceso de pasivación
más intenso que el caso de las probetas sin protección.
La mayor parte de los valores de densidad de corriente de corrosión de las probetas sin
protección son valores positivos, en cambio en las protegidas los valores son, en su
mayoría negativos. Esto indica que estamos en presencia de procesos distintos, en las
probetas protegidas el proceso corrosivo no estuvo controlado por la transferencia de
carga, debido a problemas difusionales o bien pasivación del acero.
104
CAPITULO VII
CONCLUSIONES
Los ensayos electroquímicos realizados han permitido conocer el comportamiento de un
hormigón armado protegido con impermeabilizante expuesto a un lactosuero, residuo
de la industria lechera. Con el conocimiento de lo que sucede con un hormigón sin
protección, es posible evaluar el impermeabilizante usado y determinar su utilidad en
relación a la prevención de la corrosión.
De los datos obtenidos podemos concluir lo siguiente:
En relación a las medidas de potencial:
Las medidas de potencial entregan una idea acerca de la probabilidad de
corrosión, sin embargo es necesario tener un cuidado especial al
momento de aplicar un criterio debido a que existen diversos autores que
presentan correlaciones entre el potencial y el estado de la varilla de acero
en el hormigón, pero algunos potenciales se encuentran en un rango
distinto y se debe tener en cuenta que los potenciales más negativos
pueden indicar un grado mayor de corrosión o bien indicar un estado de
pasivación que se puede mal interpretar.
De acuerdo a bibliografía (tabla 2.14 y 2.16) los potenciales medidos están
en un rango donde existe un 10% de probabilidad de que se produzca
corrosión. Los valores de los potenciales indican que el acero está
pasivado.
En
relación
a
un
hormigón
sin
protección
la
utilización
del
impermeabilizante logra mejorar notablemente la conducta del potencial,
aísla el acero y lo mantiene a salvo de la corrosión. esto se aprecia en las
curvas potencial-tiempo, en donde las probetas sin protección toman
valores
de
potencial
mucho
mas
positivos
que
las
probetas
impermeabilizadas que permanecen en estado pasivado.
El recubrimiento tiene un efecto barrera de protección que en orden de
magnitud de potencial en el tiempo supera en cerca del 58% a un
hormigón sin protección.
105
En relación a las medidas obtenidas del ensayo de barrido lineal de potencial:
Al perturbar el sistema aplicando los sobrepotenciales, todas las probetas,
excepto la 2F, mostraron un comportamiento similar que indicaba que el
acero estaba en zona de pasivación y que el proceso no estaba siendo
dominado por la transferencia de carga, como era lo esperado, sino que
existían problemas de difusión.
En la probeta 2F las medidas de intensidad de corriente indicaron que el
proceso estuvo dominado por la transferencia de carga, a pesar de esto,
la magnitud de la densidad de corriente de corrosión fue muy pequeña.
Las probetas sin protección poseen valores de icorr mucho más altos que
las probetas protegidas, esto indica una vez más que el impermeabilizante
impidió que el proceso corrosivo se llevara a cabo. En términos de
magnitud de densidad de corriente de corrosión, si tomamos el valor de la
probeta 2F, que obedeció al proceso de transferencia de carga, y lo
comparamos con probetas sin protección resulta que el recubrimiento
protector reduce el porcentaje de corrosión en casi un 100%.
En relación a S.E.M. y microanálisis:
Las imágenes observadas permiten concluir que el acero no sufrió ataque
debido de corrosión.
Se confirma el comportamiento similar entre probetas fisuradas y no
fisuradas. Este comportamiento se refiere a un estado pasivado, pues se
observó fina capa de oxido, pero no hubo ataque. El recubrimiento es
capaz de proteger el hormigón armado, independientemente que éste
presente o no fisuras. No se evidencia ni por microscopia electrónica ni
por análisis químico superficial, mayor daño morfológico en probetas
fisuradas que en no fisuradas.
De los análisis químicos superficiales realizados a las muestras de acero
se puede destacar la presencia de oxigeno, que viene de la formación de
óxido de fierro. También se encuentra cloro en las muestras, el ion
agresivo que proviene del lactosuero. La presencia del cloro significa que
106
hubo paso de elementos nocivos desde el lactosuero hacia el acero, pero
fueron cantidades mínimas ya que no se aprecia en las imágenes que
halla habido ataque.
Evaluando las probetas con recubrimiento epóxico frente a las probetas no
protegidas se puede afirmar que el impermeabilizante impidió el ataque
con su efecto barrera, ya que la microscopia realizada a armaduras de
hormigones sin protección presentaban ataque
de corrosión de tipo
picado, lo cual no sucedió en las muestras de acero de hormigones
impermeabilizados.
Observaciones de importancia respecto a los ensayos realizados:
Lo sucedido en el ensayo de probetas impermeabilizadas de medida de
densidad de corriente por barrido lineal de potencial se puede explicar, al
conocer todos los antecedentes entregados por la medida de potencial y
microscopía, de la siguiente forma:
El proceso no estuvo controlado por la transferencia de carga debido a
que el acero se encontraba pasivado al momento de aplicar los
sobrepotenciales o bien esto ocurrió al momento de introducirlo al sistema.
También existe un problema difusional provocado por el impermeabilizante
que disminuye la velocidad de difusión del protón (H+) o el Oxígeno desde
el lactosuero.
Si bien hubo penetración del ion cloruro, fue en cantidades mínimas que
no eran suficientes para acceder a la capa pasiva.
El proceso estuvo entonces controlado por la pasivación del metal que se
resiste a la degradación y por problemas de difusión (ya sea que el H+ o el
O2 no llegaron al acero).
El método de evaluación debería ser revisado; por ejemplo trabajar con
valores correspondientes a campo alto de sobrepotenciales (valores
superiores a +300 mV, con respecto al electrodo de referencia de
Cobre/sulfato de Cobre). Esto podría modificar los resultados. De no
ocurrir cambio significativo se debería explorara el problema difusional
incorporando la agitación controlada del electrolito. Si este proceso
controla la corrosión la agitación provocaría un incremento en los valores
de densidad de corriente para un mismo potencial.
107
Conclusiones finales:
El recubrimiento utilizado modifica el mecanismo electroquímico de la
corrosión.
El impermeabilizante utilizado logra aislar, en forma eficiente, el acero de
refuerzo de los elementos nocivos del lactosuero que está en contacto con
el hormigón armado.
El
recubrimiento
es
capaz
de
proteger
al
hormigón
armado,
independientemente de la presencia o no de fisuras.
108
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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26. Moroni Pablo: “Caracterización y evaluación de la corrosión del refuerzo de
hormigones armados en un medio industrial de residuos lácteos”. Tesis.
Universidad Austral de Chile. 2004.
110
ANEXOS
ANEXO Nº1:
RESULTADOS ENSAYO NORMALIZADO DEL HORMIGÓN UTILIZADO.
ANEXO Nº2:
DESCRIPCIÓN IMPERMEABILIZANTE UTILIZADO (FABRICANTE).
ANEXO Nº3:
CÁLCULOS DETALLADOS PARA ESTIMAR LA DENSIDAD DE CORRIENTE
DE CORROSIÓN
ANEXO Nº4:
MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (S.E.M.)
ANEXO Nº 1
RESULTADOS ENSAYO NORMALIZADO DEL HORMIGÓN UTILIZADO
ANEXO Nº 2
DESCRIPCIÓN IMPERMEABILIZANTE UTILIZADO (FABRICANTE)
Ficha Técnica
Versión Feb, 2003
Sikaguard 63 CL
Sikaguard 63 CL
Revestimiento epóxico para cubas de vino y uso industrial
Definición
General
Sikaguard® 63 CL es un sistema epóxico de dos componentes, de viscosidad
mediana, libre de solventes, 100% sólido, para revestimientos de protección
química.
Usos
■ En la industria química, conservera, mataderos, industria lechera,
embotelladoras, industria frutícola, en general en la industria de productos
alimenticios.
■ Como revestimiento de protección sobre hormigón, mortero y fierro.
■ Para solicitaciones químicas fuertes.
■ Como revestimiento interior de cubas para vino / pisco y estanques de productos
alimenticios **.
■ En revestimientos de canaletas, estanques, pisos, etc.
■ En revestimientos para estanques de aguas industriales.
** Certificado Departamento de Agroindustria y Tecnología de Alimentos de la Facultad
de Ciencias Agrarias y Forestales de la Universidad de Chile.
Certificado Nº 9509-5941 de la Facultad de Química de la Pontificia Universidad Católica
de Chile.
Ventajas
■
■
■
■
■
■
■
■
Normas
Sikaguard® 63 CL está certificado como producto no tóxico por el Instituto de
Salud Pública de Chile.
Muy buena adherencia a hormigón, mortero y fierro.
Endurecimiento sin retracción.
Endurecido es 100% impermeable.
Máxima resistencia al ataque químico.
Permanece inalterable ante el contacto permanente con vino y pisco.
No otorga olor, color ni sabor.
Posee buena resistencia al desgaste.
Superficie muy lisa, tipo vidriado.
Datos Básicos
Color
Gris, habano y limón
Almacenamiento
2 años en los envases originales cerrados y sin deterioro, en lugar fresco.
Acondicione el material a 18°C - 24°C antes de usar.
Presentación
■ Juego 30 kg.
Datos Técnicos
■
■
■
■
■
■
■
Densidad : 1,50 ± 0,02 kg/dm3 (ASTM D 1475-85)
Potlife de 1 kg. a 20º C
:
35 ± 5 min.
Seco al tacto (15 - 20º C)
:
3 horas (ASTM D 1640-83)
Dureza Shore D (24 horas)
:
> 85 (ASTM D2240 - DIN 53505)
Resistencia a compresión
:
> 1000 kgf /cm2 (ASTM D695-84)
Resistencias Químicas (a 20º C) :
El revestimiento presenta resistencia permanente (6 meses) a :
Agua potable
Agua de mar
Agua destilada
Etanol 25% y 50%
Isopropanol
n-Butanol
Glicerina
Xilol
Bencina blanca
Petróleo
Aceite Diesel
Aceites lubricantes
1
Acido acético 3%
Acido láctico 5%
Vinagre
Acido cítrico 5%
Acido clorhídrico 10%
Acido sulfúrico 25%
Soda cáustica 20%
Potasa cáustica 20%
Solución cloruro de sodio 20%
Aguarrás mineral
Lechada de cemento
Vino
Sikaguard 63 CL
1/3
Aceites calefacción
Líquido de frenos
Aceite de oliva
Pisco
Cerveza
Hipoclorito comercial
■ Resiste en forma limitada o temporal (menos de 1 mes) : ácido acético 5%,
ácido clorhídrico 20%, ácido sulfúrico 40% y ácido nítrico 20%.
■ No resiste : acetona, metil etil cetona, acetato de etilo y
ácido acético 10%
■ En algunos casos pueden ocurrir cambios de color, lo que no indica alteración
del revestimiento en su capacidad de protección.
Aplicación
Proporción de mezcla
En peso
En volumen
:
:
A : B = 4,71 : 1
A : B = 3,20 : 1
Consumo
2
■ El consumo aproximado es de 1,3 a 1,5 kg. por m en dos capas.
Preparación de las
superficies
Hormigón : Al momento de aplicarse Sikaguard® 63 CL el hormigón debe tener a
lo menos 28 días de edad, encontrarse limpio, exento de polvo, partes sueltas o
mal adheridas, sin impregnaciones de aceite, grasa, pintura, etc. Firme y sano con
respecto a su resistencia mecánica. Para una adecuada limpieza es recomendable
un tratamiento enérgico con escobilla de acero, pulidoras o gratas de acero. Si por
estos métodos no es posible dejar la superficie en buenas condiciones, se deberá
recurrir al chorro de arena.
Metales : Deben encontrarse limpios, sin óxido, grasa, pinturas, etc. Se
recomienda un tratamiento con chorro de arena a metal blanco, o en su defecto
utilizar métodos térmicos o físico-químicos.
Instrucciones de mezclado Mezclar los componentes de los envases A y B en un tercer recipiente limpio y
seco, y revolver en forma manual o con taladro mezclador de bajas revoluciones
durante 3 a 5 minutos, aproximadamente, hasta obtener una mezcla homogénea.
No conviene preparar una cantidad mayor a la que se pueda colocar antes que el
producto empiece a endurecer.
El Potlife de la mezcla se acorta sensiblemente cuando la temperatura y/o la
cantidad de la mezcla preparada aumenta.
Advertencia : No mezclar el volumen completo del juego de 30 kg. por riesgo de
reacción acelerada y endurecimiento prematuro. Subdividir el maxi-juego
respetando las proporciones indicadas en Datos Técnicos.
Limpieza de herramientas Las herramientas y los instrumentos deben ser limpiados inmediatamente después
de su empleo con diluyente piroxilina o Xilol.
Método de aplicación
Se recomienda que la superficie de aplicación se encuentre a una temperatura
superior a los 15ºC, y en todo caso, no inferior a los 10ºC. La temperatura ambiente
adecuada para la aplicación del producto está comprendida entre los 15ºC y 20ºC,
a temperaturas mas elevadas se acorta sensiblemente el Potlife. El tiempo de
aplicación entre capas sucesivas es de aproximadamente 3 horas a una
temperatura ambiente de 15ºC - 20ºC, debiendo aplicarse sobre la capa anterior
cuando esté dura, pero aún pegajosa. La colocación se puede realizar mediante
brocha dura o rodillo reforzado de pelo corto.
También es posible esparcirlo con llana lisa
Nota : Se recomienda utilizar mano de obra especializada.
Puesta en servicio :
Sikaguard® 63 CL permite el tránsito de personas a las 48 horas de aplicado y
adquiere su máxima resistencia en 5 a 7 días. Cuando se emplea en cubas de vino
o en estanques para productos alimenticios, puede ponerse en servicio a los 7
días, previo lavado con agua caliente (60ºC) y detergente y enjuagando con
abundante agua.
Instrucciones de seguridad
Precauciones de
Manipulación
Evite el contacto directo con los ojos, piel y vías respiratorias. Protéjase utilizando
guantes de goma natural o sintética, anteojos de seguridad y mascarillas con filtro
para vapores orgánicos. En caso de contacto con los ojos, lavar inmediatamente
con abundante agua. En general, en caso de emergencia contacte al CITUC,
FONO: 635 38 00.
Ecología
No disponer el producto en el suelo o cursos de agua, sino conforme a las
regulaciones locales y previa neutralización. Para mayor información, solicite la
hoja de seguridad del producto.
2
Sikaguard 63 CL
2/3
Observaciones
Las indicaciones que anteceden están basadas en ensayos que consideramos
seguros y son correctas de acuerdo a nuestra experiencia. Sin embargo, no
pudiendo controlar las condiciones de aplicación, no nos responsabilizamos por
daños, perjuicios o pérdidas ocasionadas por el uso inadecuado de los productos.
Aconsejamos al usuario determinar previamente si estos son apropiados para el
uso particular propuesto. Nos reservamos el derecho a efectuar cambios a fin de
adaptar nuestros productos a los niveles más altos de la tecnología.
Sika SA Chile
Av. Pdte. Salvador Allende 85 Tel. 2-5106510
San Joaquin
Fax 2-5523875
Santiago
www.sikachile.cl
3
Sikaguard 63 CL
3/3
ANEXO Nº 3
CÁLCULOS DETALLADOS PARA ESTIMAR LA DENSIDAD DE
CORRIENTE DE CORROSIÓN
CÁLCULOS DETALLADOS PARA ESTIMAR LA DENSIDAD DE
CORRIENTE DE CORROSIÓN
Con las medidas de densidad de corriente obtenidas en el ensayo de barrido lineal de
potencial (capítulo 4.4), se determinan las densidades de corriente de corrosión (icorr) de
las probetas evaluadas de la siguiente forma:
Con la ecuación (2)
Donde:
i = i0 • η •
F
R •T
i = densidad de corriente. (µA/cm2)
η = sobrepotencial aplicado.
F = constante de Faraday. (96485,31 Cb/mol)(20)
R =constante de los gases. (8,314 J/ºK·mol) (20)
T = temperatura. (Temperatura promedio de los ensayos 15,81ºC)
i0= corriente de corrosión.
La ecuación describe una curva de la cual tengo tres puntos (para cada probeta). Utilizo
un modelo de regresión lineal simple para definir una recta cuya pendiente debo
determinar para obtener el valor de i0 que corresponde a la densidad de corriente de
corrosión.
La ecuación inicial es:
La ecuación de regresión lineal simple es:
i = 40 • i0 • η
i = a •η + b
Para determinar los estimadores a y b utilizo el método de mínimos cuadrados. (25)
Las anteriores son las formulas generales, donde los Xi
corresponden a los
sobrepotenciales aplicados y los Yi son las densidades de corriente medidas al aplicar
estos sobrepotenciales. La letra n corresponde al número de datos (mediciones).
Se debe hacer una aclaración con respecto a la forma de determinar la recta para los
distintos grupos de probetas. Para cada probeta se determina una recta y para cada
etapa de barrido se determinan dos rectas para delimitar un área de grupo de
respuestas.
Además se calcula el coeficiente de correlación muestral (r) con el fin de saber si la
utilización de la regresión lineal simple es correcta y existe una relación lineal entre las
variables.
donde:
Xi
= sobrepotencial aplicado.
Yi
= intensidad de corriente medida para un sobrepotencial Xi.
⟨ X ⟩ = el promedio de los sobrepotenciales aplicados.
⟨ Y ⟩ = el promedio de las intensidades de corriente medidas para cada sobrepotencial
aplicado.
•
Cuando r ≈ 1 , el ajuste es bueno.
•
Cuando r ≈ 0 , las variables no están relacionadas o bien el ajuste no es el
adecuado.
A continuación se entregan las tablas de cálculo que contienen las formulas
anteriormente descritas.
Determinación densidad de corriente de corrosión en cada probeta para la
primera etapa de barrido. (Día 0)
PROBETA 3
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.3
10
0,031
20
0,018
30
0,020
SUMATORIA
i
0,030851
0,018085
0,020213
0,069149
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
n*i
0,000309
0,000362
0,000606
0,001277
a=
-0,53191
numero de datos =
b=
0,03369
r=
i
0,028369
0,023050
0,017730
n
0,01
0,02
0,03
3
-0,78
i corr = -0,013298
PROBETA 4
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.4
10
0,059
20
0,046
30
0,046
SUMATORIA
i
0,059043
0,046277
0,045745
0,151064
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
n*i
0,000590
0,000926
0,001372
0,002888
a= -0,664894
numero de datos =
b= 0,0636525
r=
i
0,057004
0,050355
0,043706
n
0,01
0,02
0,03
i corr =
-0,88
-0,016622
3
PROBETA 5
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.5
10
0,072
20
0,063
30
0,061
SUMATORIA
i
0,072340
0,062766
0,060638
0,195745
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
n*i
0,000723
0,001255
0,001819
0,003798
a= -0,585106
numero de datos =
b= 0,0769504
r=
i
0,071099
0,065248
0,059397
n
0,01
0,02
0,03
i corr =
3
-0,94
-0,014628
PROBETA 2F
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.2F
10
0,044
20
0,070
30
0,064
SUMATORIA
i
0,043617
0,070213
0,064362
0,178191
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
a=
1,037234
numero de datos =
b= 0,0386525
i
0,049025
0,059397
0,069770
r=
n
0,01
0,02
0,03
i corr =
PROBETA 3F
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV) 10
Prob.3F
0,030
n*i
0,000436
0,001404
0,001931
0,003771
20
0,025
30
0,024
0,74
0,025931
3
SUMATORIA
i
0,030319
0,025000
0,024468
0,079787
a=
-0,292553
numero de datos =
b=
0,0324468
r=
-0,90
i corr =
-0,007314
i
0,029521
0,026596
0,023670
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n
0,01
0,02
0,03
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
n*i
0,000303
0,000500
0,000734
0,001537
3
Determinación densidad de corriente de corrosión para grupos de probetas
primera etapa de barrido. (Día 0)
Probetas no fisuradas:
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.3
Prob.4
Prob.5
promedio
10
0,031
0,059
0,072
0,054
i
0,054078
0,042376
0,042199
SUMATORIA
0,138652
a= -0,593972
b=
Errores :
20
0,018
0,046
0,063
0,042
n
0,01
0,02
0,03
0,06
30
0,020
0,046
0,061
0,042
n2
n*i
(i - a*n-b)^2
0,0001
0,000541 3,689E-06
0,0004
0,000848 1,476E-05
0,0009
0,001266 3,689E-06
0,0014
0,002654 2,214E-05
número de datos =
3
0,058097
sigma =
0,004705
delta a =
0,332693
delta b =
0,007187
Ecuación tipo de la recta sería:
a + delta a = -0,261279
a - delta a = -0,926665
b + delta b = 0,065284
b - delta b = 0,050910
i = (a +/- DELTA a)*n + (b +/- DELTA b)
Si i = (a + DELTA a)*n + (b + DELTA b)
i1
0,062671
0,060058
0,057446
n
0,01
0,02
0,03
icorr = io =
-0,00653
Si i = (a - DELTA a)*n + (b - DELTA b)
i2
0,041643
0,032377
0,02311
n
0,01
0,02
0,03
icorr = io =
-0,02317
Probetas fisuradas:
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.2F
Prob.3F
promedio
10
0,044
0,030
0,037
20
0,070
0,025
0,048
30
0,064
0,024
0,044
SUMATORIA
i
0,036968
0,047606
0,044415
0,128989
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
Errores :
a=
0,37234
b=
0,03555
sigma =
delta a =
delta b =
Ecuación tipo de la recta sería:
n*i
(i - a*n-b)^2
0,00037 5,313E-06
0,000952 2,125E-05
0,001332 5,313E-06
0,002654 3,188E-05
número de datos =
0,005646
0,399232
0,008624
i = (a +/- DELTA a)*n + (b +/- DELTA b)
a + delta a = 0,771572
a - delta a = -0,026891
b + delta b = 0,044174
b - delta b = 0,026925
Si i = (a + DELTA a)*n + (b + DELTA b)
i1
0,05189
0,059605
0,067321
3
n
0,01
0,02
0,03
icorr = io =
0,019289
Si i = (a - DELTA a)*n + (b - DELTA b)
i2
0,026656
0,026387
0,026119
n
0,01
0,02
0,03
icorr = io =
-0,00067
Determinación densidad de corriente de corrosión en cada probeta para la
segunda etapa de barrido. (Día 3)
PROBETA 6
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.6
10
0,02766
20
0,018
30
0,016
SUMATORIA
i
0,027660
0,017553
0,016489
0,061702
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
n*i
0,000277
0,000351
0,000495
0,001122
a=
-0,55851
numero de datos =
b=
0,031738
r=
i
0,026152
0,020567
0,014982
n
0,01
0,02
0,03
i corr =
3
-0,91
-0,013963
PROBETA 7
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.7
10
0,018
20
0,015
30
0,016
SUMATORIA
i
0,017553
0,015426
0,016489
0,049468
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
a=
-0,05319
n*i
0,000176
0,000309
0,000495
0,000979
numero de datos =
3
b= 0,017553
i
0,017021
0,016489
0,015957
r=
n
0,01
0,02
0,03
i corr =
-0,50
-0,001330
PROBETA 8
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.8
10
0,034
20
0,029
30
0,029
SUMATORIA
i
0,034043
0,029255
0,029255
0,092553
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
a=
b=
-0,23936
0,035638
i
0,033245
0,030851
0,028457
n*i
0,00034
0,000585
0,000878
0,001803
numero de datos =
r=
-0,87
n
0,01
0,02
0,03
i corr =
3
-0,005984
PROBETA 4F
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.4F
10
0,020
20
0,018
30
0,019
SUMATORIA
i
0,020213
0,018085
0,018617
0,056915
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
a=
-0,07979
numero de datos =
b= 0,020567
i
0,019770
0,018972
0,018174
n*i
0,000202
0,000362
0,000559
0,001122
r=
n
0,01
0,02
0,03
i corr =
-0,72
-0,001995
3
PROBETA 5F
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
10
20
30
Prob.5F
0,023404 0,019681 0,019681
i
0,023404
0,019681
0,019681
SUMATORIA
0,062766
a= -0,18617
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
n*i
0,0001
0,000234
0,0004
0,000394
0,0009
0,00059
0,0014
0,001218
numero de datos =
3
b= 0,024645
i
0,022784
0,020922
0,019060
r=
n
0,01
0,02
0,03
i corr =
-0,87
-0,004654
Determinación densidad de corriente de corrosión para grupos de probetas
segunda etapa de barrido. (Día 3)
Probetas no fisuradas:
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.6
Prob.7
Prob.8
promedio
10
0,028
0,018
0,034
0,026
20
0,018
0,015
0,029
0,021
30
0,016
0,016
0,029
0,021
SUMATORIA
i
0,026418
0,020745
0,020745
0,067908
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
a= -0,28369
b=
Errores :
n*i
0,000264
0,000415
0,000622
0,001301
numero de datos =
0,02831
sigma =
0,002316
delta a =
0,163787
(i - a*n-b)^2
8,942E-07
3,576E-06
8,942E-07
5,365E-06
3
delta b =
0,003538
Ecuación tipo de la recta sería: i = (a +/- DELTA a)*n + (b +/- DELTA b)
a + delta a = -0,1199
a - delta a = -0,44748
b + delta b = 0,031848
b - delta b = 0,024771
Si i = (a + DELTA a)*n + (b + DELTA b)
i1
0,030649
0,029450
0,028251
n
0,01
0,02
0,03
icorr = io = -0,002998
Si i = (a - DELTA a)*n + (b - DELTA b)
i2
0,020297
0,015822
0,011347
n
0,01
0,02
0,03
icorr = io = -0,011187
Probetas fisuradas:
Intensidad de corriente (uA/cm2)
Sobrepotencial (mV)
Prob.4F
Prob.5F
promedio
10
0,020
0,023
0,022
20
0,018
0,020
0,019
30
0,019
0,020
0,019
SUMATORIA
i
0,021809
0,018883
0,019149
0,059840
n
0,01
0,02
0,03
0,06
n2
0,0001
0,0004
0,0009
0,0014
a= -0,13298
n*i
0,000218
0,000378
0,000574
0,001170
numero de datos =
(i - a*n-b)^2
2,829E-07
1,131E-06
2,829E-07
1,697E-06
3
b= 0,022606
Errores :
sigma =
0,001303
delta a =
0,09213
delta b =
0,00199
Ecuación tipo de la recta sería: i = (a +/- DELTA a)*n + (b +/- DELTA b)
a + delta a = -0,04085
a - delta a = -0,22511
b + delta b = 0,024597
b - delta b = 0,020616
Si i = (a + DELTA a)*n + (b + DELTA b)
i1
0,024188
0,023780
0,023371
n
0,01
0,02
0,03
icorr = io = -0,001021
Si i = (a - DELTA a)*n + (b - DELTA b)
i2
0,018365
0,016114
0,013863
n
0,01
0,02
0,03
icorr = io = -0,005628
RESUMEN DE RESULTADOS Y GRÁFICOS CARACTERÍSTICOS
Análisis para cada probeta
PROBETA
3
4
5
6
7
8
2F
3F
4F
5F
icorr
-0,013298
-0,016622
-0,014628
-0,013963
-0,001330
-0,005984
0,025931
-0,007314
-0,001995
-0,004654
Densidad de corriente de corrosion
0,03
0,025
i corr (uA/cm2)
0,02
0,015
0,01
0,005
i corr
0
-0,005
3
4
5
6
7
8
2F
3F
4F
5F
-0,01
-0,015
-0,02
probetas
Análisis para cada etapa de barrido
icorr 1
icorr 2
promedio
DIA 0
NO FISURADAS
FISURADAS
-0,006532
0,019289
-0,023167
-0,000672
-0,014849
0,009309
DIA 3
NO FISURADAS
FISURADAS
-0,002998
-0,001021
-0,011187
-0,005628
-0,007092
-0,003324
Densidad corriente de corrosion
Barrido lineal día 0
0,015
i corr (uA/cm2)
0,01
0,005
0
1
No fisurdas
-0,005
Fisuradas
-0,01
-0,015
-0,02
Densidad corriente de corrosion
Barrido lineal día 3
0
1
-0,001
i corr (uA/cm2)
-0,002
-0,003
-0,004
-0,005
-0,006
-0,007
-0,008
No fisurdas
Fisuradas
ANEXO Nº 4
MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (S.E.M.)
IMÁGENES MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO
Análisis corte transversal de la muestra de acero
IMAGEN Nº 1. Probeta Nº 4. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 2. Probeta Nº 4. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 3. Probeta Nº 4. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 4. Probeta Nº 4. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 5. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 6. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 7. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 8. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 9. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 10. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 11. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 12. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 13. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 14. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 15. Probeta Nº 8. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 16. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 17. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 18. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 19. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 20. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 21. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 22. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 23. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 24. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 25. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 26. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 27. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 28. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 29. Probeta Nº 5F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 30. Probeta Nº 5F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 31. Probeta Nº 5F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 32. Probeta Nº 5F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 33. Probeta Nº 5F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
Análisis corte longitudinal de la muestra de acero
IMAGEN Nº 34. Probeta Nº 4. Corte longitudinal.
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 35. Probeta Nº 4. Corte longitudinal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 36. Probeta Nº 4. Corte longitudinal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 37. Probeta Nº 4. Corte longitudinal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 38. Probeta Nº 4. Corte longitudinal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 39. Probeta Nº 4. Corte longitudinal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 40. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 41. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 42. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 43. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 44. Probeta Nº 2F. Corte transversal
Fuente: Elaboración propia.
Análisis Impermeabilizante utilizado
IMAGEN Nº 45. Muestra Impermeabilizante. Cara exterior.
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 46. Muestra Impermeabilizante. Cara exterior.
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 47. Muestra Impermeabilizante. Cara exterior.
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 48. Muestra Impermeabilizante. Cara interior, expuesta al hormigón.
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 49. Muestra Impermeabilizante. Cara interior, expuesta al hormigón.
Fuente: Elaboración propia.
IMAGEN Nº 50. Muestra Impermeabilizante. Cara interior, expuesta al hormigón.
Fuente: Elaboración propia.