ES2266213T3 - Procedimiento para la proteccion de la armadura en hormigon armado. - Google Patents
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Abstract
Un hormigón armado en el que el contenido de burbujas en el hormigón en la superficie de la armadura de acero es inferior al 0, 8% por área del acero y en el que hay un depósito de álcali sólido alrededor de la superficie de acero.
Description
Procedimiento para la protección de la armadura
en hormigón armado.
La invención se refiere a un procedimiento para
la protección contra la corrosión de la armadura de acero en
hormigón armado y a nuevos hormigones armados que tienen una
resistencia mejorada a la corrosión.
La armadura de acero en hormigón está
normalmente protegida contra la corrosión por una película pasiva
que se forma sobre su superficie en el entorno alcalino en el
hormigón. Sin embargo, con el paso del tiempo la alcalinidad se
puede perder por la acción del dióxido de carbono atmosférico y la
puede aparecer la corrosión bien a partir de esta pérdida de
alcalinidad o a partir de la contaminación del hormigón con iones
agresivos tales como el cloruro. Ambos procedimientos hacen que la
película pasiva protectora se vuelva inestable.
Cuando el hormigón es altamente alcalino, tolera
un bajo nivel de iones de cloruro sin corrosión del acero que se
está iniciando. Sin embargo, cuanto mayor es el contenido de
cloruro, mayor es el riesgo de la corrosión inducida por el cloruro.
El contenido de cloruro que da como resultado la iniciación de la
corrosión se denomina nivel de umbral de cloruro. La iniciación de
la corrosión se puede detectar eléctricamente y se marca mediante un
incremento pronunciado en la corriente eléctrica. Se ha indicado que
el contenido de cloruro por encima del 0,2% en peso de cemento
iniciará la corrosión en muchas estructuras de hormigón armado.
Por lo tanto se ha propuesto previamente
eliminar el cloruro mediante un procedimiento electroquímico. El
procedimiento ha sido descrito en el documento WO 98/35922, y las
Patentes Europeas números 200.428 y 398.117 y comprende pasar una
corriente eléctrica por el hormigón aplicando una tensión por
ejemplo de 3 a 15 voltios entre un ánodo temporal externo y la
armadura de acero en el hormigón como cátodo. El efecto es hacer que
los iones de cloruro migren a través del hormigón hacia la
superficie y dentro de una capa de electrolito que se ha colocado en
la superficie.
Se ha indicado previamente que un factor que
afecta a la iniciación de la corrosión en el hormigón contaminado
por cloruro es las burbujas de aire atrapadas. El hormigón contiene
típicamente aproximadamente el 1,5% en volumen de aire atrapado. La
presencia de burbujas en la superficie de acero incrementa el riesgo
de que el entorno local que está alterado por la presencia de
iones de cloruro genere condiciones en las cuales la película
pasiva es inestable. Los productos de cemento de hidratación sólida
que están ausentes en estos emplazamientos, tendrán por el contrario
propiedades de inhibición de la corrosión que resisten tales
cambios.
Los efectos de la pérdida de alcalinidad por la
acción del dióxido de carbono en la atmósfera, la contaminación por
cloruro y la presencia de burbujas en el hormigón significan que con
el paso del tiempo la armadura de acero se vuelve susceptible de
corrosión. La presente invención proporciona un medio para reducir
este problema en el cual la resistencia del acero a la corrosión se
incrementa controlando la cantidad de burbujas de aire en el
hormigón y proporcionando una capa de álcali sólido sobre la
superficie de acero.
Según la presente invención se proporciona un
hormigón armado en el cual el contenido de burbujas en el hormigón
en la superficie de la armadura de acero es inferior al 0,8%,
preferiblemente inferior al 0,5%, más preferiblemente inferior al
0,2% por área de acero y en el cual hay una capa de álcali sólido
sobre la superficie de acero.
La provisión de la capa de álcali y el bajo
contenido de burbujas tiene el efecto de inhibir la corrosión. La
combinación eleva el umbral de cloruro para la corrosión inducida
por cloruro a partir de los niveles en la región del 0,2% de cloruro
en peso de cemento hasta más del 0,5% e incluso por encima del 1,5%
o el 2%. Esto mejora en gran medida la durabilidad del hormigón
reforzado.
La figura 1 ilustra el aparato empleado en los
Ejemplos.
La figura 2 proporciona la calibración entre las
burbujas en una superficie fraguada y las burbujas en la interfaz de
acero-hormigón.
Las figuras 3 y 4 dan los resultados obtenidos
en el Ejemplo 1.
La figura 5 da los resultados obtenidos en el
Ejemplo 2.
La figura 6 da los resultados obtenidos en los
Ejemplos 3 y 4.
La figura 7 da los resultados obtenidos en el
Ejemplo 4.
Las figuras 8, 9 y 10 son imágenes electrónicas
retrodispersadas obtenidas en un microscopio electrónico de barrido
de una sección pulida a través del acero en el hormigón.
La figura 8 muestra los resultados para el
Ejemplo comparativo 6.
La figura 9 muestra los resultados para el
Ejemplo 7 y la figura 10 muestra los resultados para el Ejemplo
8.
La figura 11 es un gráfico que muestra la carga
pasada en el Ejemplo 9.
El término álcali sólido incluye compuestos cuya
solución saturada en agua tiene un pH superior a 10. Tales
compuestos mantienen la película pasiva estable y resisten una caída
de pH a valores en los cuales se puede producir la corrosión,
típicamente por debajo de 8,5. Los Ejemplos incluyen hidróxido de
calcio, gel del hidrato de silicato de calcio, diversos hidratos de
aluminato de calcio e hidróxido de litio.
El término cemento en la presente memoria
incluye todos los aglomerantes en el hormigón.
El término burbujas se refiere a cavidades que
contienen fases no-sólidas del hormigón cuyo máximo
diámetro es al menos 100 micrómetros. Para que no haya dudas, las
burbujas no son necesariamente de forma esféricas y pueden ser
esferoides o irregulares.
Preferiblemente, la capa de álcali es de 1 a 500
micrómetros de espesor, preferiblemente no superior a 100
micrómetros, más preferiblemente no superior a 80 micrómetros de
espesor. Preferiblemente la capa cubre al menos el 20%,
preferiblemente al menos el 60%, más preferiblemente al menos el 70%
del acero.
El hormigón armado tiene preferiblemente un
nivel de umbral de cloruro de al menos el 0,5% en peso,
preferiblemente el 0,8% en peso de cemento.
Según una realización preferida de la invención
un hormigón armado en el cual el contenido de burbujas en la
superficie de acero es inferior al 0,8 preferiblemente inferior al
0,5% por área del cemento tiene uno o más ánodos sacrificiales
conectados a la armadura para producir una corriente suficiente para
producir la formación de álcali sobre la superficie del acero pero
evitar la descarga del gas de hidrógeno.
Según otra realización de la invención, un
procedimiento para reducir la corrosión de la armadura de acero en
el hormigón comprende formar un hormigón armado en el cual las
burbujas en la superficie de acero están por debajo del 0,8%,
preferiblemente por debajo del 0,5% por área de acero y pasar una
corriente dieléctrica continua entre un ánodo y la armadura como
cátodo para formar una capa de álcali sólido sobre la superficie de
acero, siendo la capa de al menos 1 micrómetro de espesor y cubrir
al menos el 20%, preferiblemente al menos el 60% del acero.
El procedimiento se puede efectuar como se ha
descrito en la Patente Europea número 264.421 o la patente de los
Estados Unidos número 4.865.702 con la adición de las etapas de
empapar, preferiblemente saturar, el hormigón para colocar la
solución porosa en las burbujas atrapadas en la superficie de
acero.
El procedimiento de la invención se puede
aplicar al hormigón recién colocado o viejo o carbonatado.
Se presenta un procedimiento para mejorar la
resistencia a la corrosión de la armadura de acero en el hormigón
armado comprende:
Empapar, preferiblemente saturar, el hormigón
con agua para hacer que el agua penetre en el hormigón y pasar una
corriente dieléctrica continua entre un ánodo externo y la armadura
de acero como cátodo y continuar con el paso de la corriente
eléctrica durante un tiempo suficiente sobre la superficie de la
armadura.
Apropiadamente, para mejorar la formación de
hidróxido de calcio u otro álcali se incluye una o más de las
siguientes etapas:
- (i)
- se incluye una fuente adicional de iones de calcio en la mezcla que forma el hormigón o sobre el acero antes de fraguar el hormigón,
- (ii)
- se incluyen medios en la mezcla de formación del hormigón para ayudar a la migración de los iones de calcio,
- (iii)
- se incluye un agente en la mezcla de formación de hormigón para modificar la morfología del hidróxido de calcio,
- (iv)
- se aplica un álcali sólido a la armadura antes de fraguar el hormigón, estando el material y su aplicación destinados a resistir cualquier pérdida significativa de sus propiedades inhibidoras cuando están en contacto con el aire antes de fraguar el hormigón.
- (v)
- Se incluyen medios en la mezcla de formación de hormigón para reducir las burbujas de aire atrapadas.
- (vi)
- Se aplica un material a la armadura antes de fraguar el hormigón que reaccionará con la solución porosa en el hormigón para precipitar el álcali sólido sobre la armadura.
La fuente adicional de iones de calcio incluida
en la mezcla de formación de hormigón puede ser una sal de calcio
por ejemplo nitrato o nitrito de calcio.
Por fuente adicional de iones de calcio se
entiende la adición a las fuentes de iones de calcio que están
normalmente frecuentes en el cemento Pórtland, el cemento de
aluminato de calcio y el cemento puzolánico usados en la fabricación
de hormigón. Las cantidades apropiadas son tales que proporcionan
una cantidad de iones de calcio de al menos el 0,1% en peso y
preferiblemente entre el 1 y el 5% en peso de cemento en el
hormigón.
Los medios para ayudar a la migración de iones
de calcio pueden ser cualquier agente que mejore la solubilidad de
los iones de calcio, por ejemplo un agente secuestrante tal como
ácido tetraacético etilendiamina.
El agente para modificar la morfología del
hidróxido de calcio puede ser un polisacárido o un compuesto tal
como éter de dietilenglicol.
La capa de álcali, que puede ser hidróxido de
calcio, se puede aplicar a la armadura por un proceso de
recubrimiento tal como la pulverización electrostática. Este
proporciona un reservorio de álcali sobre la armadura que mantiene
la alcalinidad.
Un material que puede precipitar el álcali
sólido sobre el acero cuando entra en contacto con la solución
porosa del hormigón es nitrato de calcio. Se reaccionará con los
hidróxidos de sodio y de potasio en la solución porosa para producir
con moderación hidróxido de calcio soluble.
Se presenta también un procedimiento para
reducir la corrosión de la armadura de acero en el hormigón armado
que comprende:
empapar el hormigón con agua para hacer que el
agua penetre en el hormigón y pasar una corriente eléctrica continua
entre un ánodo y la armadura de acero como cátodo para formar una
capa de álcali sólido preferiblemente de al menos un micrómetro de
espesor sobre la superficie de acero.
Se presenta, además, un procedimiento para
mejorar la resistencia a la corrosión en el hormigón armado que
comprende, antes de fraguar el hormigón, aplicar al acero un álcali
sólido, preferiblemente para proporcionar una capa de al menos un
micrómetro y de menos de 500 micrómetros de espesor sobre la
superficie de acero y a continuación fraguar el hormigón.
El álcali sólido se puede formar in situ
aplicando un material que reaccionará con la solución porosa del
hormigón para formar el álcali sólido.
La invención está ilustrada por los siguientes
Ejemplos 1-5 de los cuales una parte de la invención
reivindicada, incluyéndose los otros para completar la información
pero no formando parte de la invención reivindicada.
En todos los Ejemplos, el contenido de cloruro
requerido para iniciar la corrosión del acero inmerso en el hormigón
(el nivel de umbral de cloruro) se midió usando el aparato mostrado
en la figura 1.
Las muestras de hormigón que contenían una barra
de acero (1) dulce de 20 mm de diámetro situado centralmente se
fraguaron en un molde cúbico de 150 mm.
Antes de fraguar se limpiaron las barras de
acero dulce para eliminar las incrustaciones de óxido y se
enmascararon los extremos de las barras usando un recubrimiento
aglutinante (2) para poner el álcali sobre el acero en el área
enmascarada y finalmente cubierta con un recubrimiento aislante
termorretráctil. La sección de barra expuesta al hormigón era de una
longitud de 100 mm.
Se prepararon las muestras de hormigón usando
275 kg de cemento por metro cúbico.
\newpage
El cemento fue (i) cemento Pórtland ordinario o
(ii) cemento Pórtland resistente al sulfato o (iii) una mezcla al
70:30 en peso de cemento Pórtland y ceniza volante pulverizada (PFA)
o (iv) una mezcla al 35:65 en peso de cemento Pórtland y escoria
molida y granulada de alto horno (GGBS). Además del cemento se
usaron 680 kg de agregado fino por metro cúbico (arena de grado M) y
1230 de agregado de 10 mm por metro cúbico. La relación libre de p/c
era de 0,4.
Este diseño de mezcla de hormigón se eligió
porque, variando el grado de compactación, era posible reproducir en
condiciones de laboratorio el contenido de aire atrapado típicamente
encontrado en estructuras de hormigón reales. Después de fraguar
durante un mínimo de un mes envuelto en un plástico, el
recubrimiento de cada muestra se redujo a 15 mm cortando un rozo
de un lado del cubo paralelo a las barras de acero. Se aplicó un
recubrimiento barrera a las superficies restantes de fraguado. Las
muestras se saturaron con agua, y a continuación se sumergieron en
un depósito (4) que contenía una solución (3) de cloruro de sodio.
El extremo del acero que sobresalía de la muestra se conectó
eléctricamente a un cátodo externo (10) constituido por una malla
de titanio activada sumergida eléctricamente en la solución de
cloruro de sodio en el depósito. La solución 3 en el depósito ser
aireo mediante un dispositivo aireador (5) y se recirculó usando una
bomba (no mostrada). Se midió el actual flujo entre la armadura y el
cátodo. El cátodo mantuvo el acero a un potencial de aproximadamente
-120 mV (en contra de un electrodo de calomel saturado). En esta
disposición los iones de cloruro se difundieron a partir de la
solución en el depósito a través del hormigón hacia el acero.
Eventualmente el contenido de cloruro en el acero fue suficiente
para iniciar la corrosión. Esto se indicó mediante una elevación
pronunciada en la corriente entre el acero y el cátodo desde algunos
pocos microamperios a decenas o centenares de microamperios. Las
muestras fueron a continuación eliminadas del depósito y se
partieron para examinar visualmente las condiciones de la superficie
del acero. Esto se fotografió. El área porcentual de las burbujas se
cuantificó sobre una superficie externa de fraguado del hormigón y,
en muchos casos, en la superficie de acero usando un sistema de
análisis de imágenes en el que las burbujas se convirtieron en
píxeles negros en un mapa de bits que se podría expresar como el
porcentaje del número total de píxeles. El porcentaje de burbujas en
la interfaz (la superficie de acero) se comparó con el de la
superficie de fraguado en la figura 2.
Se midieron los perfiles de cloruro por molienda
para producir muestras en polvo a incrementos de 1 mm de
profundidad después de 2 horas de eliminación de las muestras de
hormigón del depósito. Se determinó el contenido de cloruro de cada
muestra mediante la extracción soluble en ácido en una solución de
ácido nítrico seguida por una titulación potenciométrica contra
nitrato de plata. Esto proporcionó el perfil de cloruro (cloruro
como una función de profundidad) en el momento en que se retiró la
muestra del depósito.
Se ajustó entonces un perfil de difusión dado
por la ecuación a estos datos:
C(xt) =
C_{s} \ erfc \ (x/ \ 2 \
Dt)
Donde C(xt) es el contenido de cloro como
una función de la distancia x y el tiempo t, C_{s} es el contenido
de cloruro en la superficie de hormigón y D es el coeficiente de
difusión aparente.
Se hicieron adiciones a este procedimiento
experimental básico para producir los Ejemplos.
Se varió e tiempo de compactación de las
muestras para dejar una cantidad variable de aire atrapado en el
hormigón y por lo tanto una serie variable de burbujas de aire
atrapado en la interfaz acero-hormigón.
La figura 3 proporciona los perfiles calculados
de cloruro en el momento de la iniciación de la corrosión para una
muestra bien compactada y una muestra mal compactada. Los contenidos
de cloruro a una profundidad de 15 mm (el recubrimiento de hormigón
respecto del acero) son los niveles de umbral de cloruro
determinados para estas muestras. Igualmente se incluyen los
tiempos para la iniciación de la corrosión y fotografías de la
condición de la interfaz de acero-hormigón. Hay
significativamente menos aire atrapado en el acero en las muestras
bien compactadas, su nivel de umbral de cloruro es mucho mayor y su
tiempo para la iniciación de la corrosión fue mucho mayor.
La figura 4 proporciona los niveles de umbral de
cloruro para estas muestras como una función del área porcentual de
la interfaz de acero-hormigón que se cubrió con
burbujas.
Esto muestra que a aproximadamente el 0,8% de
burbujas el umbral de cloruro empieza a incrementarse rápidamente y
posteriormente al reducirse el contenido de burbujas el umbral se
puede incrementar por encima del 2% en peso de cemento.
\newpage
Se determinaron los niveles de umbral de cloruro
sobre muestras de hormigón que fueron envejecidas y tratadas
electroquímicamente. Esto se realizó después del fraguado y secado
pero antes de la reducción del recubrimiento la posterior
preparación y ensayo de las muestras.
El tratamiento electroquímico consistió en pasar
una corriente de 4 amperios/m^{2} de acero a las barras de acero
sumergidas en el hormigón durante 10 días. Esto se llevó a cabo
colocando las muestras en un depósito que contenía agua u un ánodo.
El pH del agua se redujo a un valor 6 usando una pequeña cantidad de
ácido nítrico. El envejecimiento durante 7 días consistió en colocar
las muestras en agua a 40ºC durante 40 minutos cada día seguido por
el secado a temperatura ambiente. El procedimiento de envejecimiento
y la adición de ácido nítrico al depósito usados para el tratamiento
electroquímico se llevaron a cabo para limitar la elevación del pH
que se habría sido inducida por la corriente en el cátodo.
Los datos del nivel de umbral de cloruro son
dados en la figura 5 que también incluye la línea de tendencia
ajustada a los datos en la figura 4 para su comparación. El
tratamiento electroquímico dio como resultado un incremento marcado
en el nivel de umbral de cloruro y se obtuvieron valores por encima
del 2% para 3 de las 4 muestras.
Se obtuvo una indicación del pH en el acero
usando aproximadamente 2 gramos de muestra de hormigón que se había
retirado de la proximidad del acero por molienda. Se retiraron las
muestras de un ejemplar que se había tratado electroquímicamente y
un ejemplar que no había recibido ningún tratamiento pero que sólo
se había envejecido.. Estas muestras se añadieron a agua desionizada
en un tubo centrifugador que se selló, se agitó y se dejo descansar
durante 20 días en una caja sellada de la cual se había eliminado
el dióxido de carbono. La relación de muestra respecto del agua en
peso fue de 2:5. A continuación, estas muestras se centrifugaron y
se midió el pH de la solución. El ejemplar tratado
electroquímicamente produjo una muestra con un pH de 12,71 mientras
que el ejemplar no tratado produjo una muestra con un pH de
12,69.
Estas diferencias de pH no despreciables. De
este modo el principal efecto del tratamiento electroquímico y del
envejecimiento no fue incrementar el valor absoluto del pH. Sin
embargo, la precipitación de hidróxidos tales como el hidróxido de
calcio sobre el acero en el lugar de las burbujas de aire atrapado
incrementaría la resistencia de una caída del pH por debajo de un
valor de aproximadamente 12,5.
Esto muestra que una corriente eléctrica
incrementará el nivel de umbral de cloruro para un área de burbujas
dada en el acero al inicio del tratamiento. Los resultados se
incluyen en la figura 5.
Se trató electroquímicamente un ejemplar de
hormigón endurecido. El tratamiento empezó media hora después de que
el hormigón estuviese fraguando.
El tratamiento electroquímico consistió en
mantener el acero a -900 mV sobre el electrodo de calomel saturado
(SCE) durante las primeras 18 horas. La corriente se mantuvo a
continuación constante a 500 mA/metro cuadrado durante las
siguientes 24 horas y a continuación se redujo a 300 mA/metro
cuadrado durante las siguientes 90 horas. El resto de la preparación
y del ensayo del ejemplar se describió anteriormente en la sección
del procedimiento experimental común a todos los ejemplos.
La carga total pasada fue de 1,7 amperios al día
por metro cuadrado de acero lo cual se pudo comparar con los 40
amperios al día por metro cuadrado de acero para los ejemplares
endurecidos. No se esperaba que el tratamiento aplicado al hormigón
antes de su endurecimiento diese una ventaja significativa con una
carga mucho mayor.
Los resultados se incluyen en la figura 5 y
muestran que el nivel de umbral de cloruro se incrementó con una
carga relativamente pequeña en un contenido de burbujas de
aproximadamente el 1%.
Se determinaron los niveles de umbral de cloruro
sobre ejemplares de hormigón que contenían acero que se había
recubierto con una suspensión de hidróxido de calcio en éter de
dietilenglicol. Este recubrimiento se aplicó después de limpiar el
acero pero antes de fraguar el hormigón. Este recubrimiento se
eligió por presentar una resistencia a una caída de pH después de
fraguar el hormigón. Además, la carbonatación del recubrimiento
sería limitada por la ausencia de agua.
Los datos del nivel de umbral de cloruro se dan
en el figura 6 junto con la línea de tendencia ajustada a los datos
en la figura 4 para su comparación. Las burbujas en la superficie de
acero fueron trazadas como función del porcentaje de burbujas en la
superficie fraguada. El recubrimiento dio como resultado un
incremento en el nivel de umbral de cloruro para un contenido dado
de burbujas de aire atrapado. Estos resultados se muestran en la
figura 6.
Esto muestra que un recubrimiento de álcali
sólido sobre el acero incrementará el nivel de umbral de cloruro
para un área dada de burbujas sobre el acero.
Se determinaron los niveles de umbral de cloruro
sobre ejemplares de hormigón que usaron un superplastificante de
melamina formaldehído suflonado conocido como Conplast M4 conseguido
en Fosroc International para reducir el contenido de burbujas de
aire atrapado mejorando la trabajabilidad opuesta a su uso común
como un agente reductor de agua o un agente para minimizar la
necesidad de auxiliares de vibración del hormigón. Se añadió el 1%
de Conplast M4 en peso de cemento a la mezcla de hormigón antes de
fraguar el ejemplar de hormigón. Este superplastificante se eligió
porque no reacciona en el hormigón para producir gas.
Los datos de nivel de umbral de cloruro se dan
en la figura 7 junto con la línea de tendencia ajustada a los datos
en la figura 4 para su comparación. El superplastificante dio como
resultado una reducción de burbujas y un incremento del nivel de
umbral de cloruro cuando se comparó con el que se podría llevar a
cabo por la compactación de hormigón en ausencia de
superplastificante.
Esto muestra que un superplastificante puede
reducir el área de burbujas sobre el acero e incrementar el nivel de
umbral de cloruro.
Detalles comunes a los Ejemplos 6,
7, 8 y
9
Los ejemplares cilíndricos de hormigón de 72 mm
de diámetro se fraguaron con una cinta de acero situada centralmente
(ancha de 17 mm por 70 mm de largo inmersa en el hormigón).
La relación 0,4 de agua libre/cemento del
hormigón contenía 275 kgm^{-3} de cemento Portand ordinario (OPC)
680 kgm^{-3} de agregado fino cúbico (arena de grado M) y 2130
kgm^{-3} de agregado de 10 mm (gravilla del valle del Támesis). Se
secaron los ejemplares durante 2 semanas. La preparación de la
muestra consistió en cortar un segmento que contenía el acero,
secar, impregnar a vacío con resina, rectificar y pulir.
Los intentos preliminares de producir una
sección transversal pulida de acero en hormigón para el examen por
microscopio electrónico por barrido dio como resultado una pequeña
grieta en la interfaz. Tales problemas han plagado otras
investigaciones. Las posibles causas de los defectos son cortar y
pulir materiales de diferente dureza, pequeñas diferencias de
expansión cuando las muestras se secaron en horno, contracción de
secado de la pasta de cemento y lixiviar especies solubles durante
el pulido. Se llevó a cabo una serie de etapas para limitar estos
efectos. Se usó una cinta fina de acero (50 \mum) para limitar los
efectos adversos de cortar y pulir. Las muestras fueron soportadas
firmemente durante el pulido y se usaron medios abrasivos s basados
en aceite. La necesidad de secado se redujo cuando se examinaron
muestras en un microscopio electrónico de barrido a vacío bajo a una
presión de 9 Pa. El secado limitado de las muestras se realizó a
temperatura ambiente. Las condiciones de vacío bajo también
significaron que no se requería el recubrimiento conductor de la
muestra. Por consiguiente, se podrían producir consistentemente
muestras con una buena interfaz acero-hormigón.
Se uso un microscopio electrónico de barrido
JEOL 54100LV
Los parámetros instrumentales para el
microscopio electrónico de barrido fueron:
- Tensión de aceleración = 20 kV;
- Corriente de haz cargado = 55 \boxemptyA;
- Establecimiento de la dimensión del punto de haz = 12
\newpage
Incluido para fines
comparativos
Se fraguó un ejemplar de control (PS1) para
comparación sin adiciones al procedimiento experimental
anterior.
anterior.
Esto se muestra en la figura 8 que es una imagen
electrónica retrodispersada obtenida en el microscopio electrónico
de barrido de una sección pulida a través del acero en el hormigón.
La escala de grises en estas imágenes depende de la densidad
electrónica del material. Las fases de interés, graduadas desde el
punto de vista de su brillo son el acero (más clara) > los
granos de cemento deshidratado > hidróxido de calcio > gel
(predominantemente hidrato de silicato de calcio (CSH) e hidrato que
llevan aluminato y agregado > porosidad y burbujas (más oscura).
No hay ninguna indicación general ninguna formación preferente de
hidróxido de calcio en el acero.
El nitrato de calcio se disolvió en agua
desionizada para formar una solución saturada. La superficie de
acero se limpió por enarenado húmedo en agua desionizada para que el
agua mojase la superficie del acero, en lugar de contracción para
formar gotas. El acero se sumergió entonces en la solución de
nitrato de calcio y entonces se secó en horno y se preparó y ensayo
un ejemplar tal como se ha descrito anteriormente. El resultado se
da en las referencias fotográficas CT 1-1. Esto
muestra que el nitrato de calcio sobre el acero puede favorecer la
formación de álcali sólido sobre el acero.
Los resultados son mostrados en la figura 9 que
es una imagen electrónica retrodispersada obtenida en el microscopio
electrónico de barrido de una sección pulida a través del acero en
el hormigón.
Hay una indicación general de que se ha formado
más hidróxido de calcio en la proximidad del acero. Aproximadamente
el 50% de la superficie del acero está cubierta por hidróxido de
calcio y el espesor del hidróxido de calcio es de aproximadamente 20
micrómetros.
La característica marcada A es relativamente
pura (libre de contaminación por sílice) y puede derivarse de la
reacción de un cristal de nitrato de calcio con la solución porosa
del cemento del cemento hidratante.
Se fraguo un ejemplar (ETC1-2)
con un contraelectrodo de malla de titanio situado en la
circunferencia del ejemplar que rodea la cinta de acero. Un capilar
Luggin relleno de gel de agar endurecido (2% de agar) y cloruro de
potasio (3%) se sumergió parcialmente en el hormigón entre el acero
y el contraelectrodo. Una solución acuosa que contiene un 5% de
nitrato de calcio en peso de cemento se añadió a la mezcla de
cemento antes de fraguar. Se unió un electrodo de referencia de
calomel saturado a la sonda Luggin después de fraguar el ejemplar.
A continuación se pasó una corriente eléctrica al acero manteniendo
el potencial del acero en -800 mV respecto del electrodo de
referencia del electrodo de calomel saturado usando un potenciostato
mientras que el hormigón se secó y endureció empezando media hora
después del fraguado del hormigón. La corriente se consideró como
una función de tiempo y se calculó la carga pasada como una función
de tiempo. La carga total pasada fue 0,35 amperio al día por metro
cuadrado de
acero.
acero.
Esto muestra que una corriente eléctrica puede
producir una capa de hidróxido de calcio en la superficie del acero
cuando se añade nitrato de calcio a la mezcla de hormigón.
Los resultados se muestran en la figura 10 que
es una imagen electrónica retrodispersada obtenida en el microscopio
electrónico de barrido de una sección pulida a través del acero en
el hormigón.
Hay una clara indicación de la formación de una
capa de hidróxido de calcio sobre el acero. Aproximadamente el 70%
de la superficie de acero está cubierta por la capa y el espesor de
la capa es de aproximadamente 10 micró-
metros.
metros.
Hay también generalmente más hidróxido de calcio
en la pasta de cemento.
Se fraguó un ejemplar que contenía un disco de
zinc de 45 mm de diámetro y 5 mm de espesor. El zinc se situó en el
borde y el acero se situó en el centro del ejemplar de hormigón. Se
añadió una solución acuosa que contenía el 5% de nitrato de calcio
en peso de cemento a la mezcla de hormigón antes de fraguar. El zinc
se conectó al acero a través de un dispositivo de medición de la
corriente. La corriente se consideró como una función de tiempo y se
calculó la carga pasada como una función de tiempo.
La carga pasada se muestra en la figura 11, que
muestra el número de columbios por metro cuadrado contra el tiempo,
y se puede comparar con la carga pasada en el ejemplo 8.
La figura 11 muestra la carga pasada al ejemplar
mantenida en -800 mV (SCE)(ETC1-2) por el
tratamiento electroquímico comparado con la carga pasada cuando se
acopló un ejemplar a un ánodo de zinc colocado directamente en el
hormigón.
Esto muestra que se puede usar un ánodo
sacrificial para pasar carga al acero.
Claims (12)
1. Un hormigón armado en el que el
contenido de burbujas en el hormigón en la superficie de la armadura
de acero es inferior al 0,8% por área del acero y en el que hay un
depósito de álcali sólido alrededor de la superficie de acero.
2. Un hormigón armado según la
reivindicación 1 en el que el depósito es una capa de álcali sólido
sobre la superficie de acero.
3. Un hormigón armado según la
reivindicación 2 en el que la capa es de 1 a 100 micrómetros de
espesor y cubre al menos el 20% de la superficie de acero.
4. Un hormigón armado según la
reivindicación 3 en el que la capa cubre al menos el 60% de la
superficie de acero.
5. Un hormigón armado según la
reivindicación 2 ó 3 en el que el nivel de umbral de cloruro es al
menos el 0,5% en peso del cemento.
6. Un hormigón armado según la
reivindicación 2 en el que uno o más ánodos sacrificiales están
conectados a la armadura de acero, siendo el efecto galvánico
suficiente para generar una corriente que causa la formación de
álcali en la superficie del acero pero evita la descarga del gas de
hidrógeno.
7. Un hormigón armado según una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores en el que el contenido de
burbujas en el hormigón en la superficie de la armadura de acero es
inferior al 0,5% por área del acero.
8. Un procedimiento para reducir la
corrosión de la armadura de acero en hormigón, tal procedimiento
comprende formar un hormigón armado en el cual las burbujas en la
superficie de acero son inferiores al 0,8% por área de acero y pasar
una corriente continua entre un ánodo y la armadura como cátodo
para formar una capa de álcali sólido en la superficie de acero,
siendo la capa de al menos un micrómetro de espesor y cubriendo al
menos el 20% de la superficie de acero.
9. Un procedimiento para reducir la
corrosión de la armadura de acero en hormigón armado, tal
procedimiento comprende, antes de fraguar el hormigón, aplicar un
álcali al acero para formar una capa, fraguar el hormigón y
controlar las condiciones de fraguado de manera que el contenido de
burbujas en el hormigón en la superficie de acero es inferior al
0,8% por área de la superficie de acero.
10. Un procedimiento según la reivindicación
9 en el que el contenido de burbujas en el hormigón en la superficie
de acero es inferior al 0,5% por área de la superficie de acero.
11. Un procedimiento según la reivindicación
9 o la reivindicación 10 en el que la capa de álcali es al menos de
un micrómetro de espesor y cubre al menos el 20% de la superficie de
acero.
12. Un procedimiento según la reivindicación
8 o la reivindicación 9 en el que la capa de álcali sólido es al
menos de un micrómetro de espesor sobre el acero.
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