Potenciales de Corrosin del Acero al Carbono 1018 en Soluciones Simulada de Poro.

RESUMEN

La corrosin del acero de refuerzo en estructuras de hormign armado es un problema bastante extendido, particularmente en estructuras expuestas a ambiente marino. No es inusual que se produzcan desprendimientos de mampostera originados por los esfuerzos diametrales que produce sobre el hormign la formacin de xidos de hierro. Estas situaciones involucran riesgo para personas y bienes y hacen necesario reparar la estructura para prolongar su vida de servicio til.

Se presentan aqu algunos resultados preliminares tendientes a reproducir el proceso corrosivo mediante el uso de una solucin que simule el entorno qumico presente en los poros del hormign. Esto permitira en una prxima etapa, evaluar la incidencia de contaminantes en las siguientes fases H2O, Ca (OH)2, Ca (OH)2 + 1.5% de NaCl y (OH)2 + 3.5% de NaCl.

En este caso se ha evaluado el efecto de una pelcula pasiva generada sobre la superficie de acero de las armaduras a 100 mV durante 15 minutos y 12 horas. Este potencial corresponde a la regin pasiva, segn se determin registrando ensayos de voltamperometra cclica y en concordancia con el diagrama de Pourbaix para el acero. Se ha determinado la corriente de corrosin registrando resistencia a la polarizacin por diferentes mtodos electroqumicos: Ruido Electroqumico y Curvas de Paralizacin.

Palabras Claves: Corrosin, hormign, refuerzo, solucin, poros, pelcula.

ALUMNO: FILIBERTO ANGEL DIEGO PALACIOS 02/07/15

1. INTRODUCCIN

El hombre, en su afn de lograr mejores condiciones de vida, ha usado constantemente su ingenio durante su larga historia. Para lograr tal objetivo, mucho lo ha debido al uso de metales que ahora forman parte de nuestra vida cotidiana y, casi sin quererlo, hemos creado una dependencia tal que sera imposible hablar del desarrollo y avance de la civilizacin moderna sin el uso de metales y aleaciones.

La principal causa de deterioro en estructuras de hormign armado en las ciudades costeras es la corrosin de las barras de acero de refuerzo. Este problema puede, no solo comprometer la integridad de dichas estructuras y en consecuencia la seguridad de las personas, sino que tambin conduce a la desvalorizacin econmica que acompaa al deterioro esttico y funcional de los inmuebles.

En la mayora de los casos los problemas de corrosin se suscitan por una combinacin de defectos constructivos, empleo de materiales inapropiados, falta de mantenimiento y exposicin a medios agresivos. En cualquier caso, la prdida de pasividad del acero determina el inicio de la corrosin.

Los alcances del presente trabajo es investigar la corrosin del acero de refuerzo del hormign armado a travs de una solucin de poros, que es una solucin salina que intenta simular las condiciones fsico - qumicas en que estn habitualmente los refuerzos de acero en el hormign armado.

Particularmente se estudia el efecto de la capa de Fe2O3 que se forma sobre la superficie del metal a pH alcalino provisto por la composicin del hormign, y en este caso por la alcalinidad resultante de la solucin de poros.

2.- OBJETIVOS

2.1 Objetivo General

Determinar la velocidad de corrosin de una varilla de refuerzo empleado en el concreto expuesto a diferentes soluciones poro de concreto, por medio de tcnicas electroqumicas.

2.2 Objetivo Especficos

Determinar la velocidad de corrosin de un acero al carbono 1018 en soluciones poro de concreto, por medio de Ruido Electroqumico, Resistencia a la Polarizacin Lineal y Curvas de Polarizacin.

3.- ANTECEDENTES

Una definicin bastante aceptable de la corrosin es el deterioro que sufre un material a consecuencia de un ataque qumico por su entorno. Siempre que la corrosin est originada por reaccin qumica, la velocidad a la que tiene lugar depender en alguna medida de la temperatura y de la concentracin de los reactivos y de los productos. Otros factores, como el esfuerzo mecnico y la erosin tambin, pueden contribuir al deterioro.

La mayor parte de la corrosin de los materiales concierne al ataque qumico de los metales, el cual ocurre principalmente por ataque electroqumico, ya que los metales tienen electrones libres que son capaces de establecer pilas electroqumicas dentro de los mismos. Las reacciones electroqumicas exigen un electrolito conductor, cuyo soporte es habitualmente el agua. De aqu que en ocasiones se le denomine "corrosin acuosa". Muchos metales sufren corrosin en mayor o menor grado por el agua y la atmsfera. Los metales tambin pueden ser corrodos por ataque qumico directo procedente de soluciones qumicas.

Otro tipo de degradacin de los metales que sucede por reaccin qumica con el medio, es lo que se conoce como "corrosin seca", que constituye en ocasiones una degradacin importante de los metales especialmente cuando va acompaado de altas temperaturas.

5. DESARROLLO DEL TRABAJO

5.1 Equipo

Cepillo de alambre. Horno. Secadora. Pinzas. Vasos precipitados. Guantes. Refractarios. Bolsas de Plstico.

5.2 Material

12 muestras de acero al carbono 1018 de 19 cms. Alcohol. Acetona. cido clorhdrico.

5.3 Procedimiento

Decaparon las 12 muestras. Sumergieron cada muestra en cido clorhdrico durante 1 minuto, luego se limpiaron con alcohol y acetona y por ltimo se secaron con una secador de pelo. 1 juego de 4 varillas solo quedaron decapadas y sin tratamiento trmico. Prosiguieron con el tratamiento trmico del acero en 2 juegos de 4 varillas. Hicieron dos tipos de tratamientos trmicos el primer juego consisti en exponerlos durante dos horas a 600 C con enfriamiento al aire libre.

El segundo juego consisti en exponerlos durante dos horas a 600 C con enfriamiento en el horno.

5.1 Probetas para ensayos electroqumicos

El electrolito usado para simular las condiciones que existen en la interfase acero-concreto al cual se llamar solucin alcalina o solucin poro sinttica se prepar mezclando Cemento Portland Compuesto con agua desionizada (17.1 M cm) en una proporcin en peso 2:1 agua/cemento. Esta mezcla se agit magnticamente por 3 minutos y se filtro con papel filtr Whatman 40.

Todos los experimentos se desarrollaran a temperatura ambiente 298 K (25 C) en una celda de vidrio usando como electrodo de referencia un electrodo de calomel saturado (ECS) acoplado a un capilar de Luggin y una barra de grafito de 6.4 mm de dimetro, como contraelectrodo o electrodo auxiliar. Todos los potenciales en este trabajo estn referidos al ECS (0.2415 V vs. Electrodo normal de Hidrgeno).

5.2 Condiciones de exposicin

Se prepararon cuatro solucin conteniendo H2O, Ca (OH)2, Ca (OH)2 + 1.5% de NaCl y (OH)2 + 3.5% de NaCl. Para simular las condiciones fisicoqumicas en que se encuentran las armaduras de acero en el hormign armado. Por los diagramas de Pourbaix[1] se sabe que el acero de refuerzo en estas condiciones de pH alcalino se encuentra en un principio en un estado de pasividad al generarse sobre la superficie del mismo una pelcula de Fe2O3 con caractersticas protectoras hacia el metal.

5.3. Ensayos electroqumicos

Los ensayos electroqumicos se realizaron utilizando una celda de corrosin. Como electrodo de referencia se utiliz el electrodo de Cu/SO4 (CSE) y una barra de grafito de 6.4 mm de dimetro como contraelectrodo. El equipo mencionado permite realizar sobre cada electrodo de trabajo un set de ensayos electroqumicos para evaluar la respuesta de la pelcula pasiva formada sobre la superficie del metal durante 15 minutos y 12 horas a 100 mV vs. CSE. El set de ensayos incluye en primer lugar un tratamiento potenciosttico a 100 mV para generar la pelcula pasiva a los tiempos mencionados y posteriormente mediciones de resistencia a la polarizacin por barrido de potencial (Rp barrido). Estos ensayos se efectuaron barriendo el potencial dentro de un intervalo de 15 mV vs. Ecorr, a una velocidad de 0.1 mV/s.

A continuacin se efectuaron ensayos de Rp por escaln de potencial (Rp salto) con un salto de 15 mV vs. Ecorr. Luego se efectuaron ensayos de impedancia electroqumica (EIS), variando la frecuencia desde 2 104 a 0.1 Hz. Por ltimo se registraron curvas de polarizacin hasta 500 mV vs. Ecorr 1mV/s para obtener las pendientes de Tafel andicas y catdicas de los procesos de oxidacin y reduccin respectivamente (a y c).

El potencial de corrosin (Ecorr) fue registrado al comienzo del set de ensayos y al finalizar cada tcnica, para obtener su variacin en el tiempo. El valor de Rp () fue obtenido de la pendiente de la curva potencial - corriente. El valor fue multiplicado por el rea del electrodo (0.5 cm2), quedando Rp expresada en unidades de cm2. Los valores de Rp son inversamente proporcionales a la corriente de corrosin (icorr), segn lo expresa la ecuacin (1) [2]:

Donde a y c son, respectivamente las pendientes de Tafel andica y catdica.

Segn lo establece la ley de Faraday, la corriente de corrosin (ICORR) es directamente proporcional a la velocidad de corrosin del metal (VC), lo cual implica que la velocidad de corrosin del acero es inversamente proporcional a la resistencia a la polarizacin. Electroqumica de barrido (EIS), se utilizaron para simular el comportamiento del sistema acero/solucin de poros, por un modelado de circuito elctrico.

Esto representa una ventaja que poseen las tcnicas de corriente alterna, para poder obtener parmetros del sistema como son la resistencia a la polarizacin Rp, la resistencia del electrolito RS (en este caso despreciable, debido a la presencia de la solucin de poros) y principalmente la corriente de corrosin icorr. El circuito escogido para el modelado es el circuito de Randles pero con el reemplazo del capacitor de placas plana y paralelas por un elemento de fase constante que ajusta mejor los resultados en este tipo de sistemas electroqumicos. La figura 1 muestra esquemticamente el circuito utilizado para el modelado.

Figura 1. Celda de Corrosin.

Nota: Avances sobre mi investigacin.

Matriz de ExperimentacinElectrolitosVarilla decapadaVarilla Tratada Enf. HornoVarilla Tratada Enf. Aire

H2O (Agua)

Ca (OH)2 (Blanco)

Ca (OH)2 y 1.5% NaCl

Ca (OH)2 y 3.5% NaCl

NaCL= Cloruro de sodioCa (OH)2= Hidrxido de Calcio