Descargar trabajo completo - Academia de Ingeniería de México

MEXICO
Revestimientos al acero de refuerzo
como método de protección contra la
corrosión de construcciones de
concreto
ESPECIALIDAD: Durabilidad del concreto
Pedro Castro Borges
Doctor en Ingeniería
27 de Junio de 2013
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
CONTENIDO
Página
1
2
3
4
Resumen ejecutivo
Introducción
Metodología experimental
Resultados y discusión
3.1 Pérdida de adherencia entre el concreto y
el acero de refuerzo pintado.
3.2 Estado superficial del refuerzo antes de la
aplicación del recubrimiento (primario o
sistema de pintura)
3.3 Respuesta del primario bajo diferentes
tipos de ataque de cloruros
3.4 Efecto de la aplicación de una agente unión
cuando se repara concreto con acero
pintado
3.5 Efecto galvánico en las áreas adyacentes
de la misma barra reparada con primario
3.6 Estructuras reales
3.7 Comportamiento a largo plazo de una
protección tipo barrera en concreto.
Conclusiones generales
Agradecimientos
Bibliografía
3
4
5
6
6
9
13
18
21
27
34
39
9
2
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
RESUMEN EJECUTIVO
El autor presenta una revisión de algunas de sus investigaciones acerca
del uso de revestimientos (primarios) en el acero de refuerzo como
método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto,
enfatizando dos aspectos: la prevención y la reparación localizada. Se
presentan discusiones sobre los puntos más importantes y
controversiales, tales como: par galvánico, pérdida de adherencia,
condiciones iniciales de la superficie, efecto de los cloruros y su origen
en el comportamiento de los primarios, los buenos y malos primarios,
comportamiento de éstos en condiciones de laboratorio y en estructuras
reales, etc. Una de las conclusiones más interesantes es que el efecto
galvánico producido por los primarios solo dura unas semanas dando
lugar a un comportamiento de microceldas aleatorio. Para cada caso
estudiado se discuten las ventajas y desventajas de uso.
Palabras clave: primarios, acero de refuerzo, corrosión, concreto
reforzado, reparación localizada, cloruros.
3
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
1.
INTRODUCCIÓN.
En el Caribe y en algunas partes de la costa del Golfo de México, es
común el uso de primarios en el refuerzo como método de prevención o
en la reparación localizada del concreto reforzado. Esta práctica es más
frecuente en el Norte de la Península de Yucatán.
No existen registros acerca del origen de esta práctica, pero la gente de
la región tiene conocimiento empírico acerca de su uso. Se cree que los
primarios empezaron a utilizarse como un método provisional para
conservar en buenas condiciones al acero de refuerzo mientras se
colaba toda la estructura, pero teniendo en mente que tendrían que
retirarlo antes de colocar el concreto. Esta costumbre fue modificada
después de algunos años, y el primario ya no era retirado del refuerzo.
Actualmente, el uso de primarios es ampliamente aceptado como una
alternativa real que puede contribuir a mitigar el deterioro por corrosión
del concreto reforzado en ambientes marinos.
Desafortunadamente, aún no existen estándares Mexicanos o locales
con indicaciones acerca del uso de primarios en el acero de refuerzo
para las condiciones descritas. Sin embargo, resultados empíricos y
visuales han demostrado que son buenos, contraviniendo resultados
previamente publicados en condiciones muy diferentes de exposición a
las del litoral mexicano.
El objetivo de este trabajo es presentar y discutir en forma resumida
algunos de los resultados de investigación más importantes sobre el uso
de revestimientos al acero de refuerzo como método de protección
contra la corrosión en las construcciones de concreto del litoral
yucateco, discutiendo ventajas y desventajas de su aplicación y
enfatizando su uso como método de prevención o de reparación. Estos
resultados han sido publicados en forma extensa en revistas con factor
de impacto.
4
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
2.
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
El uso de primarios en esta región es una costumbre profundamente
arraigada, y fue una de las principales razones para desarrollar una
investigación exhaustiva para identificar las condiciones bajo las cuales
éstos trabajan adecuadamente o en las cuales no se justifica su uso. Los
resultados de este amplio proyecto han sido publicados poco a poco en
la literatura y aquí se presenta una breve revisión de los más
importantes hallazgos y contribuciones. Una información más detallada
sobre la metodología experimental de cada caso puede ser consultada
en la bibliografía proporcionada al final de esta revisión. Este trabajo se
presenta a través de incisos que contienen las partes más relevantes de
la investigación y en las cuales se da información breve pero precisa,
para cada caso, de la metodología experimental seguida. En
consecuencia y para facilidad del lector, no se incluye aquí información
extensa de los detalles de la metodología.
5
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
3.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1
Pérdida de adherencia entre el concreto y el acero de
refuerzo pintado.
El uso de primarios produce pérdida de adherencia entre el concreto y el
acero de refuerzo. Esta pérdida de adherencia debe ser tomada en
cuenta si la reparación es grande e involucra riesgo para el
comportamiento estructural. En el caso de áreas de reparación
pequeñas y en condiciones donde la estructura ya esté trabajando, el
comportamiento estructural, en términos de pérdida de adherencia,
puede no cambiar después de usar el primario en la reparación.
La pérdida de adherencia del concreto y el refuerzo pintado con
primarios o con revestimientos epóxicos fue estudiada en pequeñas
vigas y cilindros. Se probaron dos diferentes diámetros de acero de
refuerzo (0.95 cm y 1.27 cm). Las figuras 1 y 2 muestran el esquema
mecánico para medir el esfuerzo de adherencia. Los detalles
metodológicos y los cálculos han sido publicados previamente (ver la
bibliografía proporcionada al final de la revisión).
Figuras 1 y 2. Arreglo experimental de la prueba de extracción
Algunos de los resultados representativos para los materiales y métodos
empleados indican que la pérdida de adherencia en ambos especímenes,
cilindros y vigas pequeñas, se incrementa linealmente con el espesor del
revestimiento y es independiente del diámetro de la barra. Esto se
puede observar claramente en las figuras 3 a 6.
6
Pérdida de adherencia, %
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
Espesor del revestimiento alquidálico, mm
Pérdida de adherencia, %
Figura 3. Pérdida de adherencia versus espesor del revestimiento para la
barra de 0.95 cm de diámetro (# 3).
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
Espesor de revestimiento alquidálico, mm
Figura 4. Pérdida de adherencia versus espesor de revestimiento
alquidálico para barra de 1.25 cm de diámetro (#4).
7
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
Pérdida de adherencia, %
35
Cilindros
30
Vigas
25
20
15
10
5
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Espesor del revestimiento epóxico, mm
Pérdida de adherencia, %
Figura 5. Pérdida de adherencia versus espesor del revestimiento
epóxico para las barras # 3. El ajuste de fue hecho únicamente para los
especímenes cilíndricos.
35
Cilindros
30
Vigas
25
20
15
10
5
0
0
20
40
60
80
100 120 140
160 180 200
Espesor del recubrimiento epóxico, mm
Figura 6. Pérdida de adherencia versus espesor del revestimiento
epóxico para las barras # 4. El ajuste fue hecho únicamente para los
especímenes cilíndricos.
La conclusión más importante fue que el porcentaje de pérdida de
adherencia en vigas con barras de refuerzo de 0.95 y 1.27 cm de
diámetro y pintadas con epóxico fue del 13% y 16%. En el caso de los
cilindros la pérdida de adherencia fue del 25% y 26% para barras
8
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
pintadas con epóxico y del 33% y 35% para las recubiertas con
alquidálico.
3.1.1 Ventajas
El usar recubrimientos en el refuerzo puede permitir el cálculo de la
longitud de anclaje necesaria para compensar la pérdida de adherencia
esperada. Esto podría permitir su utilización como método de prevención
de la corrosión, como se utiliza actualmente en Yucatán. Y en una buena
parte del litoral mexicano.
3.1.2 Desventajas
La falta de una buena aplicación del revestimiento, de acciones
específicas cuando sea aplicado a regiones sísmicas, etc. puede conducir
a muchas fallas.
3.2
Estado superficial del refuerzo antes de la aplicación del
revestimiento (primario o sistema de pintura)
Hay una importante diferencia en el desempeño electroquímico y
mecánico del acero cuando éste tiene o no una preparación superficial.
Sin embargo, el acero de refuerzo puede usarse sin preparación
superficial, pero expuesto a diferentes condiciones climáticas y
temporales.
Cuando se realiza una reparación, el acero de refuerzo puede ser
expuesto por varios días a diferentes condiciones climáticas y tener un
estado superficial diferente antes del colado o de la aplicación del
primario. Esta situación es un riesgo para la integridad de las
estructuras, especialmente en lugares donde no existen estándares ó el
conocimiento adecuado para aceptar o rechazar la reparación en función
del control del estado superficial del acero antes de aplicarle el
recubrimiento es escaso.
Los fabricantes de revestimientos tienen varios productos como los
reductores de óxidos en el refuerzo. Sin embargo, su comportamiento
en climas tropicales no es completamente comprensible y las
costumbres implican el uso de revestimientos tradicionales muy
antiguos y conocidos. La verdad es que los revestimientos tradicionales
9
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
podrían ser utilizados por muchos años más en climas tropicales,
inclusive los que las normas internacionales prohíben (por ejemplo
revestimientos base plomo)
Se probaron probetas cilíndricas (7.5 cm de diámetro y 15 cm de alto),
tomando en cuenta las características climáticas urbana y marina del
Norte de Yucatán. Fue embebida una barra #3 (0.95 cm de diámetro) a
la mitad y usada como electrodo de referencia. Los detalles de la
construcción y de las mediciones de la probetas puede ser consultada en
la bibliografía proporcionada.
Las condiciones superficiales de acero de refuerzo previo a la aplicación
del recubrimiento y después de recibir un pintado manual fueron las
siguientes:
a)
b)
c)
d)
e)
SC1. Acero limpio (C), libre de agentes agresivos.
SC2. Un día de pre corrosión en ambiente urbano (1UP)
SC3. Un día de pre corrosión en ambiente marino (1MP)
SC4. Cinco días de pre corrosión en ambiente marino (5MP). Cinco
días fue el tiempo de observación visual para la formación de
productos de corrosión
SC5. Once días de pre corrosión en ambiente urbano (11UP). Once
días fue el tiempo de observación visual para la formación de
productos de corrosión.
Se eligió un primario representativo de cada mecanismo de protección.
Los primarios usados fueron los disponibles en esta región:
MP1)
MP2)
MP3)
MP4)
MP5)
Tipo barrera, epóxico de alquitrán de hulla.
Tipo protección catódica, con pigmentos de zinc.
Tipo inhibidor, base plomo.
Tipo repasivante, lechada de cemento Portland ordinario
Referencia, sin primario.
La Figura 7 muestra un espécimen típico y la Tabla 1 la cantidad de
especímenes para cada condición. El seguimiento de sus propiedades
electroquímicas fue a través de las técnicas de potencial de corrosión
(Ecorr), resistencia de la solución (Rs) y la resistencia a la polarización
lineal (Rp). Más detalles del proceso experimental y de la construcción
puede ser consultada en la bibliografía proporcionada. El ciclo ideal que
se probó fue de 12 h de humectación y 12 h de secado.
10
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
Área de concreto recubierta con epóxico
3/8"
Área de acero encintada
7.5
Área de prueba del acero
Área de prueba del concreto
2
1
3
8
6
Área de acero para contacto eléctrico
2
6
Acotaciones en cm
Figura 7. Esquema de un espécimen típico
Tipo de
Condición superficial
protección
SC1
SC2
SC3
SC4
SC5
MP1
3
3
3
3
3
MP2
3
3
3
3
3
MP3
3
3
3
3
3
MP4
3
3
3
3
3
MP5
3
3
3
3
3
Total
15
15
15
15
15
Tabla 1. Número total de especímenes para cada condición superficial
La figura 8 muestra un ejemplo de las gráficas de Ecorr, Rp y Rs para el
caso de barras de refuerzo con un primario tipo inhibidor (MP3). La tabla
2 fue construida tomando los datos de las gráficas similares a la Figura
8, y muestra el orden promedio en el cual los especímenes se
despasivaron, en función del tipo de primario y la condición superficial.
La principal conclusión de este estudio fue que la condición superficial
tiene una importante influencia en el comportamiento de la reparación
cuando el refuerzo es recubierto con un primario. Los primarios tienen
efectividades diferentes en función de la condición superficial estudiada.
11
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
Ecorr vs ECS, mV
100
5MP
1UP
C
Límite inferior (-272mV)
0
11UP
1MP
Límite superior (-122mV)
a)
-100
-200
-300
-400
-500
-600
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120 130
1.00E+06
b)
Rp, Ω
1.00E+05
1.00E+04
1.00E+03
1.00E+02
0
1.00E+05
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120 130
Rs, Ω
c)
1.00E+04
1.00E+03
1.00E+02
0
10
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Ciclos de humectación y secado, tiempo en días
Figura 8. Valores promedio de Ecorr, Rp y Rs vs el tiempo de exposición
a los ciclos de humectación y secado. Primario con efecto
inhibidor.
12
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
Tipo de Protección
Orden de despasivación
Repasivante
1UP > 1MP > 11UP > C >5MP
Barrera
5MP > 11UP > 1MP > 1UP > C
Protección catódica
1MP > C > 1UP > 11UP > 5MP
Inhibidor
1MP > 11UP > C > 1UP > 5MP
Referencia
1MP > 1UP > C > 11UP > 5MP
Tabla 2. Orden promedio de la despasivación de los especímenes de
acuerdo al tipo de protección y condición superficial.
3.2.1 Ventajas
Bajo las condiciones de este estudio y antes de pintar, es posible
conocer el primario más conveniente en función del tipo de exposición.
Desde el punto de vista práctico, no es de mayor importancia la
calificación de los obreros para el pintado pero si el conocimiento para la
selección del mejor primario de acuerdo al tipo de exposición del
refuerzo.
3.2.2 Desventajas
El riesgo de una mala preparación superficial del acero cuando se realiza
una reparación en el concreto hace difícil una recomendación para el uso
de primarios en el acero. Uno de los errores en este caso es que los
obreros podrían aplicar el primario después del tiempo recomendado con
la consecuente pérdida de desempeño. Otro error podría ser la opción
de limpiar el acero de refuerzo pero sin garantizar que el estado
superficial sea el adecuado antes de la aplicación del primario
3.3
Respuesta del primario bajo diferentes tipos de ataque de
cloruros
Una de las preocupaciones cuando se usan primarios en el refuerzo de
una reparación es su respuesta electroquímica cuando hay un ataque
por cloruros. Con el fin de observar su comportamiento bajo esta
situación, cuatro tipos de primarios fueron aplicados, de acuerdo a las
instrucciones del fabricante, a barras de refuerzo de 0.63 cm de
diámetro. Las barras fueron embebidas en un mortero con proporciones
1:3:0.5 (cemento: arena: agua) para construir especímenes con una o
dos barras. Ambos tipos de especímenes fueron de 8 cm de longitud y 2
13
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
cm de espesor. El ancho de los especímenes fue de 2 cm para los
sencillos y de 5.5 para los dobles.
Los especímenes fueron sometidos a dos condiciones de exposición:
inmersión parcial en soluciones de cloruro de sodio (NaCl) con
concentraciones de 0.4, 2 y 5 % para las probetas sencillas y las
probetas dobles a ciclos de 12 h de humectación y 12 h de secado (en
un horno a 50ºC)
Se evaluó el comportamiento electroquímico a través de Rp, Rs y Ecorr.
La figura 9 muestra el esquema de los especímenes, y la figura 10 una
foto de los mismos. Mayores detalles de la metodología experimental y
del cálculo pueden ser consultados en la literatura respectiva (ver
bibliografía anexa).
Electrodo
dede
trabajo
Electrodos
trabajo
Contacto
Contacto
eléctrico
eléctrico
Proporción
de cemento
de
mortero:
1:3:
1: 3:0.5
0.5
1 cm
1 cm
1 cm
3 cm
cubierta
8 cm Con el
primario
8 cm.
2 cm
2 cm
5.5 cm
2 cm
Doble
Doble
Sencilla
2 cm
2 cm
Cinta de
aislar
aislar
Área de
Área
expuesta
exposición
Figura 9. Esquema de los especímenes
Figura 10. Tipo de especímenes.
14
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
La figura 11 muestra un ejemplo de los resultados obtenidos de los
especímenes expuestos a los ciclos de humectación y secado. Se pueden
observar claras diferencias entre las muestras de acuerdo al tipo de
primario utilizado. Estos datos fueron utilizados para calcular el valor
medio de Rp, Rs y Ecorr después del periodo de estabilización (40 días)
y hasta el final del experimento. Los valores medios para cada situación
se muestran en la Tabla 3. La Tabla 4 fue construida para propósitos
prácticos.
Ecorr, mV vs ECS
0.0
a)
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
-0.6
-0.7
1.E+09
b)
1.E+08
Rp, Ω
1.E+07
1.E+06
1.E+05
1.E+04
1.E+03
1.E+02
1.E+07
c)
1.E+06
Rs, Ω
1.E+05
1.E+04
1.E+03
1.E+02
1.E+01
0
20
40
80
60
100
120
140
Días
Protección catódica
Inhibidor
Barrera
Repasivante
Referencia
Figura 11. Resultados típicos de especímenes expuestos a ciclos de
humectación y secado.
15
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
La Tabla4 muestra el orden de despasivación y la recomendación del
primario bajo circunstancias específicas. Se considera que el cromato de
zinc, el base plomo, el alquitrán de hulla y la lechada de cemento
proporcionan un efecto de protección catódica, inhibidor, barrera y
repasivación respectivamente.
a) Inmersión parcial en solución de NaCl al 0.4%
Mayor
efectividad
↕
Tipo de
protección
Tiempo de
despasivación
Nievel de riesgo de corrosión
icorr
Ecorr
Rs media
media
media
Pasivo
90%
Bajo riesgo
Barrera
Protección
catódica
Repasivante
N. D.
77 días
Activa
90%
Alto riesgo
2 días
Activa
50%
Alto riesgo
Referencia
Inhibidor
51 días
2 días
Activa
Activa
90%
90%
Alto riesgo
Alto riesgo
90%
Bajo riesgo
90%
Alto riesgo
90%
90%
90%
Alto riesgo
Alto riesgo
Alto riesgo
90%
Bajo riesgo
90%
Alto riesgo
Activa
Activa
Activa
90%
90%
90%
Alto riesgo
Alto riesgo
Alto riesgo
Activa
Activa
90%
Bajo riesgo
90%
Alto riesgo
Activa
Activa
Activa
90%
90%
90%
Alto riesgo
Alto riesgo
Alto riesgo
Menor
efectividad
b) Inmersión parcial en solución de NaCl al 2%
Barrera
N. D
Pasivo
Mayor
Protección
efectividad
36 días
Activa
↕
catódica
Inhibidor
Repasivante
Referencia
1 día
1 día
17 días
Activa
Activa
Activa
Menor
efectividad
c) Inmersión parcial en solución de NaCl al 5%
Barrera
107días
Activa
Mayor
Protección
Activa
efectividad
16 días
↕
catódica
Inhibidor
Repasivante
Referencia
1 día
3 días
2 días
Menor
efectividad
d) Ciclos de humectación y secado
Barrera
125 días
Mayor
Protección
efectividad
23 días
↕
Menor
efectividad
catódica
Inhibidor
Repasivante
Referencia
17 días
4 días
1 día
Tabla 3. Escala de efectividad del primario
16
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
La principal contribución de este estudio fue la obtención de una escala
de efectividad para cada condición de estudio. En términos prácticos y si
es necesario, es posible conocer cuál de los primarios trabaja mejor en
la mayoría de las circunstancias estudiadas, realizando una suma del
comportamiento individual, como se muestra en la última fila de la
columna 2 de la Tabla 4. De acuerdo a esto, el mejor de los primarios
sería el epóxico de alquitrán de hulla (Tipo barrera), seguido por el
cromato de zinc (Protección catódica). En igualdad de condiciones, están
los sistemas repasivante, referencia e inhibidor.
Tipo de exposición
Protección
catódica
Tipo de protección
Inhibidor
Barrera
Repasivante
Referencia
2
1
5
3
2
0.4-2
3
1
5
1
2
2-5
Zonas de secado y
mojado
Comportamiento
global
4
2
5
2
2
4
3
5
1
2
13
7
20
7
8
% NaCl
0-0.4
Zonas
húmedas
Tabla 4. Tipo de primario recomendado de acuerdo al tipo de exposición
5
4
3
2
1
=
=
=
=
=
Altamente recomendable
Muy recomendable
Recomendable
Menos recomendable
No recomendable
3.3.1 Ventajas
Obtener una escala de efectividad del comportamiento de los primarios
aplicados al acero de refuerzo en especímenes de concreto bajo
diferentes contenidos de cloruros y dos diferentes tipos de penetración.
3.3.2 Desventajas
Desafortunadamente, hay imponderables al momento de adoptar o
adaptar cualquier experiencia de este tipo y el usuario no siempre tiene
los criterios para hacerlo. Una de las principales desventajas para este
caso es que existen varias marcas y tipos de primarios en el mercado,
incluso con los mismos componentes que los evaluados aquí, y podrían
conferir o no la protección requerida.
17
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
3.4
Efecto de la aplicación de una agente unión cuando se
repara concreto con acero pintado.
Las pruebas de laboratorio o en condiciones simuladas y a pequeña
escala dejan siempre dudas acerca de la aplicabilidad de sus resultados
a la escala real. Por otro lado, y en general, las reparaciones localizadas
no son muy recomendadas por los posibles problemas galvánicos en las
zonas no reparadas, y aún existe discusión. En la realidad existen
condiciones bajo las cuales la reparación, y particularmente aquellas que
emplean primarios en el acero, pueden fallar debido a condiciones que
no tienen nada que ver con su comportamiento intrínseco. Una de las
posibles fallas es atribuida a que el agente de unión promueve el ingreso
de agentes agresivos en la interfase, ocasionando que falle la
reparación.
Con el fin de estudiar el efecto del agente unión, se construyeron
columnas pequeñas de 15 x 15 x 46 cm, como se muestra en la Figura
12, con 4 varillas de acero al carbono. La relación a/c fue de 0.76 para
facilitar el proceso de corrosión en pruebas aceleradas (ciclos de 12 h de
humectación en NaCl al 3.5% y 12 h de secado en un horno a 50ºC).
Los parámetros electroquímicos de Ecorr, icorr y Rs fueron medidos en
diversos puntos de las vigas, como se muestra en la figura 12. Después
de que se alcanzó el umbral de despasivación, 0.1 μA/cm2 en la zona C,
se realizó la reparación. Se realizaron pruebas de cloruro y
carbonatación y los valores obtenidos sirvieron como orientación para
seleccionar la extensión de la reparación. El criterio fue sustituir cada
sección de concreto donde el nivel de cloruro fuera mayor a 0.66% por
peso de cemento. Por lo tanto la zona reparada fue mayor que la zona
no reparada. Esto fue similar a la situación menos recomendable en una
reparación localizada debido a la probable formación del par galvánico.
En el proceso de la reparación el acero fue limpiado y se le aplicó un
primario, las secciones de concreto fueron reconstruidas después de dos
días de la aplicación del primario al refuerzo. Se aplicó un agente unión
en dos de las cuatro columnas. Se puso especial atención en el colado
del concreto para evitar dañar la pintura del refuerzo. Los detalles de la
metodología experimental pueden ser consultados en la bibliografía
proporcionada al final de este trabajo.
18
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
Barra de refuerzo No. 3
b)
a)
4
1
c)
Recubrimiento
epóxico
5 cm
1-A
45.7 cm
7 cm
4
11.5 cm
Nivel de
Solución de
NaCl al 3.5%
5
1-B
7 cm
3
8 cm
11.5 cm
1-C
5 cm
11.5 cm
11.5 cm
2
8 cm
5
4
3
2
1
1
8 cm
15 cm
15 cm
Figura 12. Esquema de los especímenes
La tabla 5 muestra los datos de los cloruros y la carbonatación obtenidos
antes de reparar las columnas. Las figuras 13 y 14 muestran los valores
de la velocidad de corrosión, icor, antes, durante y después de la
reparación de las columnas con y sin agente unión. Se pudo observar
una tendencia a la disminución de la icorr después de reparar las zonas
B y C pero sin una diferencia significativa entre ellas (con o sin agente
unión)
Concentración de
Profundidad de
cloruros
carbonatación
(% por peso de
(mm)
cemento)
8
5.1
0.0
16
4.2
0.0
24
2.1
2.9
31
0.6
3.4
38
0.5
3.2
5. Valores de concentración de cloruros y profundidad de
carbonatación de las columnas de prueba.
No. de
Posición
1
2
3
4
5
Tabla
Altura
(cm)
19
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
10
icorr, µA/cm2
A
B
C
1
Reparación
0.1
0
50
100
150
200
250
Tiempo, días
Figura 13. Valores de icorr promedio de las columnas sin agente unión
10
icorr, µA/cm2
A
B
C
1
Reparación
0.1
0
50
100
150
200
250
Tiempo, días
Figura 14 Valores de icorr promedio de las columnas con agente unión
Como en este caso, el agente de unión incrementa la capacidad de la
junta y trabaja como una barrera entre el concreto viejo y nuevo y evita
el ingreso de agentes que podrían afectar las áreas adyacentes no
reparadas. En este caso, el agente de unión está promoviendo la
disminución de icorr en la Zona A en comparación con las reparaciones
sin el agente unión. La probable interpretación es que la humedad no
esté alcanzando las partes superiores con la misma facilidad e
intensidad como para mantener el electrolito o promover el ingreso de
cloruros adicionales a la zona no reparada. Por otro lado, las columnas
20
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
que no tuvieron agente de unión (Figura 14), no mostraron una
tendencia clara en la disminución de la icorr.
Bajo estas condiciones de prueba y exposición, la principal conclusión de
este trabajo fue que el agente de unión parece trabajar favorablemente
desde el punto de vista electroquímico. Este redujo la icorr al mínimo
durante los ciclos de prueba. Sin embargo, no existe la certeza de que
va a seguir haciéndolo en periodos más amplios, a menos que nuevos
datos sean obtenidos y reportados.
3.4.1 Ventajas
El uso de un agente unión en una forma correcta y en condiciones
similares a las analizados aquí, promoverá la disminución de la icorr
después de la reparación en ambas zonas reparadas y no reparadas. En
términos prácticos, pintar con primarios el acero de refuerzo como un
método de reparación localizada en pequeñas columnas de concreto
funciona mejor con un agente de unión bien aplicado.
3.4.2 Desventajas
Una mala aplicación o la falta de un agente de unión puede conducir a
fallas en la reparación al producir interfaces abiertas por contracción.
Por otro lado, un buen agente unión puede promover problemas
estructurales al elemento.
3.5
Efecto galvánico en las áreas adyacentes de la misma barra
reparada con primario.
Cuando se usan primarios en el acero en concreto en las reparaciones
localizadas existe el posible efecto galvánico entre las zonas reparadas y
las no reparadas. Todavía hay discusión sobre el uso de primarios como
método de reparación debido a muchas situaciones particulares y
condiciones de exposición que pueden arrojar buenos y malos
resultados. Dos de estas preocupaciones están relacionados con la
proporción de áreas catódica/anódica que promueven el efecto galvánico
y el nivel de contaminación por cloruros en zonas reparadas y no
reparadas.
Como un criterio de prevención, las estructuras podrían ser intervenidas
antes de que el cloruro alcance el nivel del umbral para producir
corrosión. Esto es precisamente una aportación interesante para aclarar
21
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
el efecto galvánico de reparación y es el objetivo de esta parte de la
investigación. Se construyeron cuatro vigas con los siguientes sistemas
de primarios aplicados a las barras: un sistema de repasivación que
consistió en una lechada de cemento, un efecto de protección catódica
provisto por un primario de cromato de zinc, un efecto de barrera
empleando un primario epóxico y un efecto inhibidor proporcionado por
un primario acrílico. Los detalles sobre los sistemas de primarios, la
construcción de las vigas y la metodología de medición están disponibles
en la literatura respectiva y en la bibliografía al final de este trabajo. La
figura 15 muestra detalles de las vigas.
Las vigas fueron expuestas a condiciones severas (Tabla 6). Los
parámetros de medición fueron, corriente galvánica (Ig), icorr, Ecorr y
Rs. Aunque los resultados de todas estas técnicas fueron
necesariamente comparados, únicamente los resultados de Ig se
mostrarán aquí. Entre los resultados más interesantes estuvo el efecto
galvánico durante las etapas iniciales de la reparación (curado).
Condición
(1)
Reparación
(2)
Curado
Días
3 días
después del
colado
24
(21 días
después de
la
reparación)
(4)
(3)
80-90% Inmersió
HR
n Parcial
79
(103 días
59
después
(después
del
de (3))
colado)
(5)
(6)
(7)
40% HR 85% HR 95% HR
1106
90
110
(después (después (después
de (4))
de(5))
de (6))
Tabla 6. Condiciones ambientales a las que fueron expuestas las vigas
Un ejemplo de ésto se puede ver en la figura 16, donde se muestra la
evolución de la Ig de la barra segmentada de cada sistema después de
tres días de la reparación. La figura 17 muestra una disminución del
efecto galvánico después de 24 horas de la reparación. Si los sistemas
son analizados en forma separada durante las condiciones de pruebas
(Tabla 6) es posible observar en detalle cómo reaccionan con los
ambientes de pruebas. Por ejemplo, la Figura 18 muestra cómo la Ig de
la referencia disminuye durante el periodo de curado, así como el papel
de las interfaces, de las zonas reparadas y no reparadas en el
comportamiento galvánico.
Se puede hacer un cuidadoso análisis de lo sucedido con la Ig en las
zonas reparadas, no reparadas y de interface durante todas las
condiciones reportadas en la Tabla 6. Como un ejemplo consistente con
las figuras anteriores, se puede ver en el caso del sistema repasivante
de la Figura 19. Todos los parámetros de la tabla indican que las tres
zonas se comportan muy similares durante las condiciones de prueba,
con la única excepción del curado de la reparación.
22
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
A
B
100
15
15
15
D
D
100
6
Sección C-C
15
30
210
1
-
2
3
Concreto (0.7% Cl )
210
5
4
Reparación
5
6
Sección
80
80
-
7
-
10
80
30
Concreto (0.7% Cl )
Concreto sin Cl
15
B
A
180
80
80
A-A
10
80
15
80
5
A
A
-
Concreto (0.7% Cl )
-
Reparación
Concreto (0.7% Cl )
B
B
Sección D-D
10
C
600
-
Concreto (0.7% Cl )
10
-
Reparación
Concreto (0.7% Cl
-
Concrete sin Cl
Cinta de aislar.
C
Sección B-B
Acotaciones en mm.
Figura 15.Esquema de las vigas
23
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
Repasivante
Protección catódica
Barrera/inhibidor
Ig, µA/cm2
Barrera
Reparación
Posición del segmento de acero, cm
Figura 16. Comportamiento de Ig (la corriente positive es anódica en
todas las figures) de la barra segmentada 3 días después de
la reparación (3 días después del curado) para cada sistema
de primario.
3
Repasivante
Ig, µA/cm
2
2
Protección catódica
Barrera/inhibidor
Barrera
1
0
-1
-2
0.7 % Cl-
0.7 % Cl-
Reparación
-3
0
10
20
30
40
50
60
Posición del segmento de acero, cm
Figura 17. Comportamiento de la Ig de la barra segmentada al final del
curado de la reparación (24 días después de la reparación)
para cada sistema de primario.
24
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
30
3d
5d
8d
13 d
24 d
Ig, µA/cm2
20
10
Reparación
-
0.7 % Cl
-
0.7 % Cl
0
-10
0
10
20
30
40
50
Posición del segmento de acero, cm
60
Figura 18. Evolución de la Ig a lo largo de la reparación y el curado para
el sistema repasivante (referencia).
Resultados más extensos pueden ser consultados en la literatura (ver
bibliografía proporcionada). La conclusión principal de este estudio fue
que en condiciones agresivas cerca del umbral de cloruro para producir
corrosión en el refuerzo, el efecto galvánico de la reparación en las
zonas de interface, reparadas y no reparadas es limitado en el tiempo y
disminuye después del periodo de curado. También, es limitado en
extensión por que disminuyen demasiado cuando se mueven fuera de la
reparación. Como un tema interesante y ratificación lo que se ha
encontrado en los estudios descritos anteriormente, el sistema de
barrera reduce el efecto galvánico en períodos más largos que los otros.
Este sistema también trabajó mejor que los demás en todas las
condiciones de exposición.
Tomando en cuenta los incisos anteriores, es claro que la ausencia de un
agente de unión juega un papel muy importante en el deterioro de la
reparación y en la generación del par galvánico. Bajo condiciones
agresivas similares y materiales como los probados en esta
investigación, deberían incluir un agente unión para el concreto y aplicar
adecuadamente un buen sistema barrera para el refuerzo. La seguridad
estructural debe ser garantizada si se especifica un agente unión.
25
Ig, µA/cm2
20
15
10
5
0
-5
-10
Ig, µA/cm2
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
a)
1
)
A
µ
0
(
Ig
-1
2
0
3
3
1
2
1
2
3
4
1
2
3
4
4
5
Condiciones
4
5
6
6
7
Icorr, µA/cm2
1
b)
0.1
0.01
0.001
0
5
6
7
Ecorr , mV vs SCE
200
c)
0
-200
-400
-600
0
1.00E+05
6
7
d)
1.00E+04
Rs, Ω,
5
1.00E+03
1.00E+02
1.00E+01
1.00E+00
0
1
0.7 % Cl
2
3
4
5
Condiciones
Interface
6
7
Reparación
Figura 19. Evolución de la Ig, Icorr, Ecorr and Rs durante todas las
condiciones de exposición para el sistema repasivante
(sistema de referencia)
26
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
3.5.1 Ventajas
La principal ventaja es que bajo la certeza de no haber alcanzado el
umbral de cloruro para producir corrosión; pueden realizarse
reparaciones localizadas usando primarios en el refuerzo como los
probados aquí. Los primarios no producirán un efecto galvánico
significativo a largo plazo ni siquiera en las áreas que se extiendan unos
cm de la zona reparada. El uso de primarios bajo estas circunstancias
disminuye los efectos galvánicos en las áreas adyacentes de la misma
barra reparada.
3.5.2 Desventajas
El error principal es en la interface de la reparación. Si esta interface no
se realiza correctamente o si no hay un buen agente de unión, la
reparación puede fallar.
3.6
Estructuras reales
La mayoría de los datos reportados en la literatura provienen de
ensayos de laboratorio o de algunos ambientes en situaciones
controladas (pequeñas muestras en ambientes naturales específicos).
No es fácil, pero no imposible obtener resultados de estructuras reales.
Con el fin de verificar los resultados de las muestras pequeñas
expuestas a nivel laboratorio o condiciones de campo controladas, se
realizaron reparaciones en columnas de edificios expuestos a varias
distancias de la playa, bajo la brisa marina y la influencia de fenómenos
meteorológicos. La figura 20 muestra una foto del estado típico de las
columnas previo a la reparación y la figura 21 un esquema de los sitios
específicos de un edificio, donde diferentes tipos de primarios fueron
aplicados al refuerzo en reparaciones localizadas. La mayoría de los
resultados que se discuten en este trabajo demuestran que el sistema
barrera ha tenido un mejor comportamiento que los otros sistemas, por
lo tanto, se analizarán los datos de la columna 7 del edificio "pesca"
(Figura 21).
Los detalles del proceso de reparación, materiales y pruebas aplicadas
pueden ser consultados en la literatura respectiva (ver bibliografía
anexa).
27
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
La figura 22 muestra los datos de la columna 7 del edificio “pesca” que
fue reparada con un primario tipo barrera aplicado con métodos
apropiados al refuerzo (Figura 21). La barra Noreste (NE) fue reparada
(R) a 0.5 y 0.9 m de altura mientras que la barra Noroeste (NO) no fue
reparada (NR). Los datos de la izquierda son el periodo de tiempo en
que la columna ha estado en servicio antes de tener un grado de
corrosión inaceptable. La corrosión no se midió durante un año, una vez
que se alcanzó el nivel inaceptable (mitad de la gráfica de la Figura 22).
Después de realizar las reparaciones con la secuencia de la figura 23, se
reiniciaron las mediciones y los resultados se muestran a la derecha de
las gráficas de la Figura 22.Esta nueva etapa de mediciones incluyó a las
barras NO la cual fue NR, teniendo en cuenta que está expuesta en el
mismo ambiente pero con menor intensidad que la barra NE.
Figura 20. Condición típica del estado de corrosión de las columnas
antes de su reparación
28
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
Pesca 9
Inhibidor
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
E
E
E
E
E
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
D
D
D
D
D
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
C
C
C
C
C
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
B
B
B
B
B
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
A
A
A
A
A
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
Pesca 8
Referencia
Pesca 7
Barrera
Pesca 5
Repasivante
Pesca 2
Protección catódica
Figura 21. Esquema de daños en un edificio típico
Se observó una tendencia en los valores que no representó problema en
términos de corrosión. Esta tendencia se prolongó durante el período de
medición en ambas barras. Esto significa que no se observó ninguna
diferencia entre la reparada (NE) y la no reparada (NO). De manera
similar, si se analizan los datos de la barra NE, hubo una diferencia
entre las partes reparadas y no reparadas pero duró unos pocos días
después de la reparación. Valores de R y NR se mezclan después de
algunos días de la reparación y se ubican en la zona de pasivación. No
hubo un efecto galvánico importante entre la barra no reparada NE y la
NO. Se construyeron gráficas similares a la de la figura 22 para cada
columna y sistema de primario.
Se obtuvo información importante del área bajo la curva de las
mediciones de corrosión realizadas a 0.9 m de altura de las columnas
reparadas. Esta icorr media representa el valor promedio al cual se
mantuvo la zona evaluada durante todo el período de medición. Por lo
tanto es un indicador de la efectividad de la reparación de acuerdo al
sistema de primario utilizado. La tabla 7 muestra esta información. Los
primarios que se comportaron mejor que la referencia pueden ser
usados con buenos resultados. Los primarios que se comportaron peor
que la referencia, deben evitarse bajo cualquier circunstancia. Es
29
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
necesario tener en cuenta que hubo primarios del mismo tipo pero de
diferente fabricante que tenían diferencias sustanciales entre ellos. Su
nomenclatura se indica en la tabla 7.
Barra Noreste (NE)
Barra Noroeste (NO)
10
1
1
0.1
0.1
0.01
0.01
0.001
0.001
Rs, KΩ
Ecorr, mV vs CSE
icorr, µA/cm2
10
0
0
-100
-100
-200
-200
-300
-300
-400
-400
-500
-500
100
100
10
10
1
1
0.1
0.1
0
10000
200
400
600
800
ρ, KΩ-cm
Tiempo, días
1000
NE
NO
R 0.5m NR
100
R 0.9m
10
NR
NR 1.3m NR
1
NR 1.7m NR
0
200
400
600
800
NR 2.1m NR
Tiempo, días
Figura 22. Edificio Pesca, columna 7, Protección tipo barrera
30
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
Figura 23. Secuencia típica de una reparación localizada usando un
primario en el acero de refuerzo
Área bajo la
Tiempo
mean
curva
(días)
icorr
(µA/cm2)
Cetmar 8
Barrera1*
11.43
172
0.066
1
Cetmar 1
Protección catódica *
29.60
441
0.067
Cetmar 6
Inhibidor1*
12.65
172
0.074
2*
Cafe 5
Protección catódica
13.94
176
0.079
3*
Pesca 2
Protección catódica
39.59
389
0.102
2*
Pesca 7
Barrera
23.97
204
0.118
Cafe 1
Barrera3*
24.52
176
0.139
2*
Cafe 2
Inhibidor
39.66
176
0.225
Cafe 7
Referencia
43.07
176
0.245
1**
Pesca 9
Inhibidor
60.86
205
0.297
Cafe 13
Repasivante
141.48
456
0.310
Pesca 5
Repasivante
70.95
204
0.348
Tabla 7. Velocidad de corrosion media (mean icorr) de las columnas
reparadas a la altura de 0.9 m
Columna
Tipo de protección
*Los números indican diferente fabricante
**Diferente producto, mismo fabricante
31
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
Tomando como límite para la despasivación de la reparación el valor de
0.1 μA/cm2, el mejor sistema fue el barrera seguido de cerca por la
protección catódica y el inhibidor. Es importante hacer notar que la
calidad del primario parece ser mejor indicador que el tipo de protección
que proporciona. Esta es la razón por qué algunos de los sistemas tipo
barrera, de otros fabricantes, no funcionaron tan bien como se
esperaba. Los sistemas de referencia y repasivación no funcionaron bajo
ninguna circunstancia.
La conclusión principal de esta investigación fue que el sistema barrera
no es el único que trabaja bien en condiciones de campo, pues también
se obtienen buenos resultados con los sistemas de protección catódica e
inhibidor. Parece ser que bajo el mismo tipo de protección, la calidad del
primario es el parámetro más importante. Otra conclusión importante es
que la aplicación del primario no solo disminuye la velocidad de
corrosión de las zonas reparadas, adicionalmente el par galvánico
formado duró solamente unos días y no afectó significativamente las
ambas zonas no reparadas, barras NE y NO. El aumento en la velocidad
de corrosión al final del periodo de medición en las barras NO está más
relacionada con la activación de microceldas (fuerte contaminación de
cloruros) que por el efecto de la reparación.
Estos resultados ratifican los de trabajos previos y los descubrimientos
anteriores. La metodología, resultados y conclusiones específicas
pueden ser consultados en la bibliografía proporcionada al final de este
trabajo
3.6.1 Ventajas
Una de las principales ventajas de ratificar el comportamiento de las
reparaciones localizadas con primarios en pruebas de campo es que
demuestran ser una opción confiable y económica bajo circunstancias
como las presentadas aquí, donde existe un daño evidente y el concreto
es de mala calidad. En términos prácticos, el uso de primarios en el
acero de refuerzo es justificado en reparaciones de elementos
construidos con concreto de mala calidad si la aplicación y los
procedimientos son correctos.
Si el concreto de los elementos estructurales dañados es de buena
calidad, los primarios no son necesarios.
32
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
3.6.2 Desventajas
Está claro que cualquiera de los primarios probados en las barras
funciona mejor que la referencia o la lechada de cemento. Sin embargo,
también es claro que el primario aplicado debe ser de buena calidad
porque algunas marcas no ofrecen una buena protección a pesar de
tener el mismo tipo de protección teórico que otros.
Otra desventaja es que la aplicación del primario podría conducir a
muchos errores: la preparación del concreto y la superficie de acero ó la
aplicación de un mal agente de unión ó primario entre otros. Otra
desventaja es la falta de control durante el colado del concreto o acceso
al acero que puede conducir al deterioro del primario con las respectivas
consecuencias.
3.7
Comportamiento a largo plazo de una protección tipo
barrera en concreto.
Muchas de las situaciones presentadas muestran al sistema de barrera
(epóxico) como el mejor contra la corrosión. Sin embargo, hay muchos
estudios y todavía hay discusión sobre la aplicación de resinas epóxicas
en construcciones grandes e importantes, y no hay resultados
suficientes reportados sobre su uso para pequeñas reparaciones.
El comportamiento de un epóxico del alquitrán de hulla, aplicado a la
barra de refuerzo como un método de mantenimiento o reparación del
concreto fue estudiado en especímenes cilíndricos y comparado con una
referencia (sin sistema de primario). La figura 24 muestra un esquema
del espécimen, el cual ha sido caracterizado ampliamente. El espécimen
fue expuesto a tres micro-climas marinos por más de 5 años. En esta
etapa las muestras de control se agrietaron. Los datos presentados
comparan el comportamiento electroquímico de las muestras de
referencia (justo antes de que se agrietara) con los que tienen epóxico.
Algunos de los resultados indican que los especímenes tienen un
comportamiento similar entre ellos si el sistema de protección no es
requerido por el ambiente agresivo (ninguna acción fuerte de cloruro).
La Figura 25 muestra este caso cuando el espécimen está localizado a
100m de la playa (segunda línea de casas). Cuando la carga del medio
ambiente es más agresiva (cloruro), el sistema de protección (barrera)
33
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
es exigido y su comportamiento es mejor que la referencia como se
muestra en la Figura 26.
Figura 24. Esquema del espécimen
34
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
100
Recubierta
icorr , µA/cm2
10
No recubierta
1
0.1
0.01
0.001
-600 -500 -400 -300 -200 -100
0
100
Ecorr, mV vs CSE
Figura 25. Caso típico de la variación de Ecorr vs icorr a 100 m de la
playa, relación a/c de 0.70, 7 días de curado, promedio de
dos especímenes.
100
icorr, µA/cm2
10
Recubierta
No recubierta
1
0.1
0.01
0.001
-600 -500 -400 -300 -200 -100
0
100
Ecorr, mV vs CSE
Figura 26. Caso típico de la variación de Ecorr vs icorr a 50 m de la
playa, relación a/c de 0.53, 1 día curado, promedio de dos
especímenes.
Por otro parte, las pinturas orgánicas se deterioran según el entorno de
la exposición. Sin embargo, el mecanismo de deterioro puede ser
35
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
diferente al del acero que está protegiendo. Como consecuencia, se
pueden realizar predicciones engañosas de la durabilidad del mismo
primario y de su trabajo en conjunto con el acero. En el caso presentado
aquí, el cambio de la velocidad de corrosión vs la resistividad fue un
parámetro importante para conocer si la cinética de degradación fue la
misma para ambos. La figura 27 muestra un caso típico de resistividad
vs velocidad de corrosión tomando los valores de la muestra de
referencia en su despasivacion y los resultados de las muestras con
epóxico desde el inicio de su exposición. El deterioro de la capa es
evidente cuando se observan un aumento en la velocidad de corrosión y
una disminución en la resistencia. Este comportamiento prácticamente
coincide con el de las muestras de referencia cuando empiezan a
despasivarse. Esto podría significar que se está observando el
comportamiento de un material compuesto (capa y acero) que no tiene
ningún daño antes de la exposición, que habría dirigido las zonas de
deterioro y modificado los tiempos de despasivación. Este
comportamiento fue reproducible en los otros tipos de concreto y por
esta razón pueden hacerse buenas predicciones anticipadas de la
velocidad de corrosión basadas en los valores de la resistividad.
100
Recubierta
icorr, µA/cm2
10
No recubierta
1
0.1
0.01
0.001
1
10
100
1000
10000
100000
Resistividad, KΩ-cm
La conclusión más importante de esta parte es que los sistemas de
primarios funcionan correctamente en concretos de buena calidad y
específicamente en pequeñas reparaciones localizadas como las
presentadas aquí, donde las tensiones ya están distribuidas a lo largo de
la estructura y los posibles problemas de adherencia son prácticamente
insignificantes. De la misma manera, la resistividad demuestra ser un
36
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
parámetro importante para modelar el comportamiento de la reparación.
En términos prácticos: situaciones donde la reparación es pequeña y
hay una certeza que la adherencia no será un problema, un sistema de
barrera a base de un epóxico de alquitrán de hulla es una buena
alternativa para el refuerzo como método de reparación del concreto. El
tiempo de prueba es largo comparado con lo que dura un concreto de
mala calidad en ambientes agresivos.
3.7.1 Ventajas
La principal ventaja de esta parte de la investigación es que se puede
modelar el comportamiento electroquímico de la reparación. Además,
otra ventaja importante es la posibilidad de utilizar la resistencia como
un parámetro práctico para evaluar el estado electroquímico de una
estructura.
3.7.2 Desventajas
En forma similar a los casos expuestos anteriormente, la correcta
aplicación del sistema de imprimación es muy importante para tener una
buena reparación en el concreto y buenos resultados. Una desventaja
importante es que realmente no sabemos el comportamiento de la
reparación de los primarios en el acero a largo plazo. Los primarios
podrían eventualmente perder sus características de protección antes de
ser exigidos por la agresividad del medio ambiente y podría causar más
efectos adversos que si no se utiliza.
37
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
4.
CONCLUSIONES GENERALES
Las investigaciones presentadas aquí constituyen una parte importante
de aquellas en los que ha participado el autor. Los resultados se aplican
sólo para las condiciones de prueba y cualquier extrapolación a otras
situaciones debe hacerse con cuidado. La literatura internacional
contiene otros avances en este ámbito, por lo tanto, aquí se presenta
sólo una parte de ellos.
Algunas conclusiones generales son las siguientes:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Hay una pérdida de adherencia entre el concreto y el refuerzo
de acero cuando se utilizan primarios o sistemas de pintura en
la varilla. Esta pérdida se comporta linealmente con el espesor
de la capa y va desde 25% para epóxicos, hasta 35% para
alquídicas.
Es posible aplicar Imprimaciones al refuerzo como un método
de reparación o prevención de la corrosión en el concreto
armado, pero teniendo en cuenta situaciones que puede ser de
ayuda o no para la estructura completa.
La condición superficial de la varilla influye claramente en el
comportamiento de la reparación cuando el acero es pintado.
Los primarios tienen diferente efectividad en función del estado
superficial de la barra de refuerzo, incluso si no está diseñada
para ambientes alcalinos.
La escala de comportamiento fue obtenida de varios
especímenes, donde la varilla fue pintada con el primario y
expuesta a diferentes contenidos de cloruro y fuentes de
penetración. En términos prácticos, el usuario puede ser capaz
de seleccionar el primario más conveniente para la reparación
del concreto en función del contenido de cloruro y la fuente de
la penetración de cloruro.
El agente de unión trabaja favorablemente desde el punto de
vista electroquímico. Esto reduce la velocidad de corrosión por
lo menos durante los ciclos de prueba evaluados. Sin embargo,
no hay ninguna certeza de este comportamiento a largo plazo,
a menos de que más datos lo confirmaran.
En pequeñas vigas y bajo la agresividad de los cloruros
cercanos al umbral de corrosión, el efecto galvánico de la
reparación en las zonas reparadas y no reparadas y zonas de
interface de la barra reparada es limitado en el tiempo y
extensión, ya que se pierde después del curado y cuando está
alejado de la reparación. Como un tema interesante, y
38
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
7.
8.
ratificando varios de los resultados anteriores, el sistema de
barrera reduce más que los otros el efecto galvánico de la
reparación localizada con primarios en el acero en el largo plazo
y en diferentes condiciones de exposición.
En estructuras reales el sistema de barrera trabaja bien como
en los casos de laboratorio. Sin embargo, la protección catódica
y el sistema inhibidor trabajan bien también. Parece ser que la
calidad de cada sistema es el parámetro importante, antes que
los propios sistemas, que viniendo de diferentes fabricantes, se
comportaron de forma diferente. Otra conclusión importante
fue que la aplicación de los primarios no solo disminuye la
velocidad de corrosión de la parte reparada, sino además el par
galvánico que se formó duró poco tiempo y no afectó a las
zonas cercanas de las barras no reparadas y reparadas.
Los primarios en el refuerzo funcionan también correctamente
en los concretos de buena calidad y específicamente en
reparaciones localizadas como las simuladas aquí, donde las
tensiones ya estaban distribuidas a lo largo de la estructura y
los problemas de pérdida de adherencia pueden ser
insignificantes. De manera similar, la resistencia eléctrica
puede tomarse como un parámetro importante para modelar el
comportamiento de la reparación.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido una propuesta del autor para resolver varios
problemas del Golfo de México, donde los primarios son usados para
proteger el acero de refuerzo de estructuras de concreto como un
método de reparación o prevención de la corrosión. Algunos proyectos
se han desarrollado en este tema y han financiado parte de la
investigación. Los principales fueron el CONACyT 31350 y 2186 PA, así
como la cooperación bilateral México - Estados Unidos (CONACyT-NSF) y
México (CONACyT-CSIC), España. El autor contó con el extraordinario
apoyo del Dr. A. Sagües de la Universidad del Sur de Florida (USF) y la
Dra. Carmen Andrade del Instituto EDUARDO Torroja (IETCC). Ellos
participaron en varias etapas de los proyectos a través de las
mencionadas acciones bilaterales. El Dr. Sagüés tenía amplia
experiencia en el uso de resinas epóxicas en barras refuerzo recubiertas
y específicamente en los puentes de Florida cuando manifestó su interés
en el proyecto. La Dra. Andrade había iniciado una línea de investigación
similar con el Dr. Pazini de la Universidad de Goiás (UFG), quien
desarrolló su tesis doctoral en este tema. El autor comienza este tema
en 1990 y todavía continúa. Este autor está en deuda con ellos y con
39
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
todos sus coautores y estudiantes, quienes hicieron posible estas
contribuciones. El autor reconoce la importante contribución de M.
Balancán en la preparación y medición de varias muestras así como en
la coautoría de varios artículos. Las opiniones y conclusiones expresadas
aquí son las del autor y todos los participantes como coautores en las
diferentes etapas de la investigación. Las opiniones y conclusiones no
representan necesariamente la de los organismos de financiamiento ni
de los representantes de institutos y universidades.
Bibliografía
Los artículos y las referencias citadas en la bibliografía están
explícitamente relacionados con todos los proyectos de autor. Cada uno
de los trabajos que figuran en esta bibliografía cita el trabajo de otros
autores muy reconocidos a nivel internacional
Artículos en revistas de prestigio
a)
b)
c)
d)
Carmen Andrade et al., “Influence of temperature on the
galvanic current induced by a localized repair when using
primers to the reinforcement”, Materials and Structures, RILEM,
Vol 41, pp. 351-361, 2008.
P. Castro-Borges et al., “Electrochemical performance of a
localizad repair. Effect of applying a primer and a bonding
membrana ”, Materiales de Construcción, Vol. 53, No 271 pp.
135-144, 2003
Pedro Castro-Borges, et al., “The macrocell activity in slightly
chloride contaminated concrete induced by reinforcement
primers”, Corrosion NACE, Vol 59, No. 6, pp. 535-546, 2003.
Luis Maldonado-López, et al., "Bond Loss Between Epoxy and
Alkyd Coated Reinforcement Rebars and Concrete". Corrosion
Forms and Control for Infraestructure, ASTM STP 1137, Víctor
Chaker, Ed., American Society for Testing and Materials, pp.
372-385, 1992, Philadelphia
Artículos en memorias de congresos y eventos de prestigio
a) Pedro Castro-Borges, et al., “Comportamiento electroquímico de
una reparación localizada. Efecto de la aplicación de una
imprimación y un puente de adherencia”, VII Congreso
Latinoamericano de Patología de la Construcción y IX Congreso de
Control de Calidad en la Construcción, CONPAT 2003, Vol. III
Recuperación, Cap. IV Elementos estructurales, Trabajo MX 15,
pp. IV.1-IV.8, Octubre de 2003, Telchac, Yucatán, México
40
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
b) Pedro Castro-Borges, et al., “Primers to the reinforcement in
mortars,as used in localized repairs, effectiveness in two exposure
conditions”, III International Conference on High Performance
Concrete and Performance and Quality of Concrete Structures,
Paper T144, 2002, Oct.1-4, Recife, Pernambuco, Brazil,
c) Pedro Castro-Borges, et al., “Aplicaciones de primarios al refuerzo.
Influencia de la exposición del refuerzo al ambiente antes de la
imprimación”, VI Congreso Iberoamericano sobre patología de las
construcciones, 8 al 12 de Octubre de 2001, Santo Domingo,
República Dominicana, en CD.
d) Enio Pazini et al., “Sistemas de reparación para estructuras
dañadas por corrosión”, Rehabilitación del Patrimonio Construido,
18 p., 24 al 27 de Septiembre de 2001, Ciego de Avila, Cuba,
e) Pedro Castro-Borges, “Las pinturas al refuerzo como método de
rehabilitación”, Ciclo de Conferencias Magistrales dentro de la
Feria Internacional de la Construcción de Cuba, 2-5 Abril de 2001
La Habana Cuba.
f) Pedro Castro-Borges, “Pinturas al acero de refuerzo como método
de prevención de la corrosión en concretos armados expuestos al
clima tropical marino de la Península de Yucatán, México”, I
Jornadas Iberoamericanas de Durabilidad de la Armadura, 22-26
Mayo de 2000 Cartagena de Indias, Colombia.
g) Pedro Castro-Borges, et al., “Influence of temperature on the
galvanic current induced by a localized repair when using primers
to the reinforcement”, paper # 37, Latincorr/2000, Congreso
Bianual de la Región Latinoamericana de NACE, Cartagena de
Indias Colombia, Septiembre de 2000.
h) Enio Pazini, et al., “Influencia de las imprimaciones con efecto
barrera y repasivante en la corriente galvánica inducida por una
reparación localizada”, V Congreso Iberoamericano sobre Patología
de las Construcciones, pp. 1929-1936, 18-22 Octubre de 1999,
Montevideo, Uruguay.
i) Enio Pazini, et al., “Effect of passivant and cathodic protection
primer systems on the galvanic currents induced by localized
repairs”, en Concrete Durability and Repair Technology, Eds. R. K.
Dhir y M. J. McCarthy, ISBN 07277 2826 1, Thomas Telford
Publishers, Proceedings of Creating with concrete, pp. 423-433,
Septiembre 6-10, 1999, Dundee Scotland.
j) Carmen Andrade, et al., “Galvanic currents induced by a localized
repair when using an inhibitor based primer for reinforcing steel”,
editado por P. Castro, O. Troconis, C. Andrade en Rehabilitation of
Corrosion Damaged Infrastructure, NACE International, ISBN970-92095-0-7 , pp. 126-133, Agosto (1998).
41
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
k) Luis Maldonado-López, et al., A. Zapata, "Influencia de las
Pinturas Epóxicas y Alquidálicas en la Adherencia entre el Acero y
el Concreto". Memorias 1er. Taller Internacional sobre Corrosión,
pp. 188-197, 23-28 Marzo 1992.
Resúmenes en Congresos
a) Pedro Castro-Borges, “On the use of primers to the reinforcement
steel for preventing corrosion and repairing concrete structures.
Recent advances”, 5o
Congreso de Corrosión NACE Región
Latinoamericana y 8o Congreso Iberoamericano de Corrosión y
Protección, V Latincorr 2003, p. 46, 20-24 Octubre, 2003,
Santiago de Chile.
b) Pedro Castro-Borges, et al., "Aplicaciones de primarios al refuerzo.
Influencia de la exposición del refuerzo al ambiente antes de la
imprimación. VI Congreso Iberoamericano sobre Patología de las
Construcciones, , Resumen 124, p. 116, 8-12 Octubre, 2001,
Santo Domingo, República Dominicana
c) José Alpuche-Avilés, et al., “Electrochemical behavior of repaired
columns using primers to the reinforcement”, Trabajo S.30.3, I
NACE Mexican Section Corrosion Congress, 26-30 de Agosto de
2001, Cancún, Q. Roo, México
d) Pedro Castro-Borges, et al., “ Behavior of juxtaposed galvanic
couples in small repaired beams by using primers to
the
reinforcement”, Trabajo S.30.4, I NACE Mexican Section Corrosion
Congress, 26-30 de Agosto de 2001, Cancún, Q. Roo, México
e) Pedro Castro-Borges, et al., “Influence of temperature on the
galvanic current induced by a localized repair when using primers
to the reinforcement” Trabajo T08-37, Latincorr 2000, 17-22 de
Septiembre de 2000, Cartagena de Indias, Colombia.
f) Sixto Rejón-Moreno, et al., “Influence of the exposure to the
environment prior to the application of a primer to the
reinforcement of concrete”, International Materials Research
Congress, Trabajo S 16:33, p. 125, 27-31 de Agosto de 2000,
Cancún, Q. Roo, México,.
g) José Chan-Cabrera, et al., “Electrochemical behavior of primers to
the reinforcement in simulated laboratory repairs. Effect of two
exposure conditions”, International Materials Research Congress,
Trabajo S 16:31, p. 125, 27-31 de Agosto de 2000, Cancún, Q.
Roo, México,.
h) J. M. Ordaz, M. Quintal-Uicab, P. Castro,
“Primers for the
reinforcement as a repair meted of concrete. “Efectiveness
according to their protection mechanism”, International Materials
42
Revestimientos al acero de refuerzo como método de protección contra la corrosión de construcciones de concreto
Research Congress, 27-31 de Agosto de 2000, Cancún, Q. Roo,
México, Trabajo S 16:30, p. 124.
i) Juan Ordaz-Lara, et al., “Primers for the reinforcement as a repair
meted of concrete. Influence on the adjacent zones”, International
Materials Research Congress, Trabajo S 16:29, p. 124, 27-31 de
Agosto de 2000, Cancún, Q. Roo, México.
j) Carmen Andrade, et al., “Galvanic currents induced by a localized
repair when using an inhibitor based primer for reinforcing steel”,
3rd NACE Latin American Corrosion Congress and VI Congreso
Iberoamericano de Corrosión y Protección, p. 13, 30 de Agosto al
4 de Septiembre, 1998, Cancún, México.
k) Pedro Castro-Borges, et al., “ Galvanic currents induced by a
localised repair using steel primers”, International Materials
Research Congress, p. 39, 1-4 de Septiembre, 1997, Cancún,
México.
43