potenciales de corrosión
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Fenómeno de Corrosión del Acero de Refuerzo Galvanizado en
Presencia de Cloruros
Autores
A. Garnica- Rodríguez, F.J. Rodríguez-Gómez.
Departamento de Ingeniería Metalúrgica. Facultad
Química. UNAM. Ciudad Universitaria. 04510 México D.F., México.
Contenido
1. Introducción
1.1 Corrosión
1.2 Técnicas electroquímicas
1.3 El concreto
1.4 Corrosión en concreto
1.5 El efecto de los cloruros
1.6 Recubrimientos de zinc
Contenido
2. Experimentación 2.1 Metodología
2.1 .1 Preparación de muestras y soluciones de prueba
2.1.2 Potenciales de corrosión 2.1.3 Curvas de polarización
2.2 Resultados 3. Conclusiones
1. Introducción 1.1 Corrosión
CORROSIÓN:
La gradual destrucción y desintegración de los materiales debido a un proceso electroquímico, químico o de erosión debido a la interacción del material con el medio que lo rodea.
La corrosión de metales en medios acuosos es un proceso de oxidación y reducción inducido electroquímicamente por la presencia de distintas fases en la superficie metálica y que ocurre simultáneamente en la superficie del metal.
1.1 Corrosión
Zona anódica – Superficie metálica en donde se lleva a cabo la reacción de oxidación (proceso de corrosión).
M = Mn+ + ne-
1.1 Corrosión
Zona catódica – Superficie metálica donde se lleva a cabo la reacción de reducción, en la cual se consumen los electrones producidos en el ánodo.
On+ + ne- = O
1.1 Corrosión
1.1 Corrosión
Figura 1. Celda electroquímica [1].
1.2 Técnicas electroquímicas
MEDICIÓN DEL POTENCIAL CONTRA EL TIEMPO
Un metal inmerso en un determinado medio acuoso donde existen especies iónicas, genera una diferencia de potencial entre el metal y la solución.
Figura 2. Diagrama de Pourbaix para el acero al carbón (potencial SHE)[2].
1.2 Técnicas electroquímicas
Figura .3 Diagrama de Pourbaix para el Zinc Y hierro [3].
1.2 Técnicas electroquímicas
MEDICIÓN DE CURVAS DE POLARIZACIÓN
La curva de polarización es una representación gráfica de la relación potencial-corriente.
De estas curvas se puede obtener información sobre del comportamiento del sistema.
1.2 Técnicas electroquímicas
Figura .4 Representación esquemática de una curva de polarización indicando las variaciones en el comportamiento anódico de metales en solución acuosa [5].
1.2 Técnicas electroquímicas
1.3 El concreto
El cemento es una mezcla de materiales, principalmente silicatos y aluminatos de calcio.
Cuando fragua se endurece por hidratación de los distintos compuestos que lo constituyen.
Durante este proceso, ocurren los siguientes fenómenos [7]: Conformación de la red de silicatos, que determina la resistencia mecánica del concreto. Segregación de hidróxido de calcio, proveniente de las materias primas del concreto, obteniéndose en la fase acuosa un pH con valores entre 12.6 y 14.0. Evaporación del agua, lo cual genera una red de poros y canales que llegan hasta la superficie del concreto.
1.3 El concreto
CORROSIÓN EN CONCRETO
En el proceso de corrosión en estructuras de concreto:
La zona anódica y la zona catódica están presentes en el acero de refuerzo.
El concreto actúa como el electrolito.
1.4 Corrosión en concreto
Figura 5. Proceso de corrosión del acero de refuerzo en el concreto [7].
1.4 Corrosión en concreto
1.5 El efecto de los cloruros
EL EFECTO DE LOS CLORUROS
A lo largo de las costas, las estructuras de concreto reforzado con una vida esperada de servicio de 20 años, con frecuencia presentan grietas y desprendimientos dentro de los primeros dos años de servicio [9].
1.6 Recubrimientos de zinc
RECUBRIMIENTO DE ZINC
A pesar de comportarse como un metal más activo, la vida media de sus recubrimientos es bastante mayor que la del acero desnudo, debido a la formación de una película de óxido protectora sobre su superficie.
Las características de los productos de corrosión que se forman son fundamentales para una total apreciación de la protección contra la corrosión que proporciona el galvanizado al acero de refuerzo [10].
1.6 Recubrimientos de zinc
2. Experimentación 2.1 Metodología 2.1 .1 Preparación de muestras y soluciones de prueba
PREPARACIÓN DE MUESTRAS
Se prepararon segmentos de varillas de 5 cm de acero negro, acero decapado, varillas y placas de acero galvanizado.
Figura 6. Muestras preparadas de varillas de acero, acero galvanizado y placas de acero
galvanizado.
2.1 .1 Preparación de muestras y soluciones de prueba
PREPARACIÓN DE SOLUCIONES
Se prepararon las siguientes soluciones utilizando reactivos grado analítico y agua destilada:
Solución (A), saturada de Ca(OH)2
Solución (B), saturada de Ca(OH)2 + 3% de Cloruros.
2.1.2 Potenciales de corrosión
POTENCIALES DE CORROSIÓN
Se realizaron mediciones de potencial de corrosión de varillas y placas hasta por 24 horas, en las soluciones A y B.
Figura 7. Montaje experimental para la medición de potenciales de corrosión.
2.1.3 Curvas de polarización
CURVAS DE POLARIZACIÓN
Se realizaron curvas de polarización anódicas de 800 mV y una velocidad de barrido de 0.1 mV/s, en placas de acero galvanizado, en las soluciones A y B.
Figura 8. Montaje experimental para la medición de las Curvas de Polarización.
2.2 Resultados
Figura 9. Potenciales de corrosión de varillas de acero negro, decapado y galvanizado en solución A y B.
2.2 Resultados
POTENCIALES DE CORROSIÓN
Figura 10. Potencial de varillas de acero galvanizado en solución A y B.
POTENCIALES DE CORROSIÓN
2.2 Resultados
Figura 11. Potencial de varillas y placas de acero galvanizado en solución A y B.
CURVAS DE POLARIZACIÓN
2.2 Resultados
Figura 12. Curvas de polarización de placas de acero galvanizado en solución A y B.
3. Conclusiones
La condición de la superficie influye en los valores de potencial de corrosión, mostrando que con la presencia de posibles capas de óxido sobre la superficie se modifica el comportamiento del acero galvanizado frente al fenómeno de corrosión.
Dependiendo de si la muestra galvanizada es placa o varilla se presentó un comportamiento pasivo o activo respectivamente, mostrando una posible influencia del sustrato de acero sobre el comportamiento del galvanizado.
El galvanizado por inmersión en caliente es utilizado desde los 1930´s para la protección contra la corrosión de la varilla de refuerzo en las estructuras de concreto y que diversos estudios tanto de laboratorio como de campo han mostrado que el uso del galvanizado aumenta la vida de la estructura reforzada [10].
Bajo condiciones altamente agresivas como son los ambientes industriales y marinos, se requiere la optimización y estandarización del desempeño del recubrimiento frente a la corrosión, tanto en la etapa de fraguado del concreto como en la posterior exposición a la contaminación de cloruros, en este sentido, el presente estudio muestra la importancia de la estabilidad de la superficie del galvanizado y que cabe la propuesta que dicha estabilidad puede ser obtenida con un tratamiento superficial de conversión.
3. Conclusiones
Agradecimientos
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT), por la Beca de Doctorado otorgada para la realización de esta investigación.
A Sisttemex – Ing. Rubén Pavón – Ing. Victor Jordan, por los materiales de acero galvanizado utilizados en esta investigación.
BIBLIOGRAFÍA
[1] Tezozomoc Pérez López, Estudio de la Cinética de Corrosión del Refuerzo de Acero Embebido en Concreto en Diferentes Condiciones de Exposición en Medio Marino, Tesis para obtener el grado de Doctor en Ciencias Químicas, Facultad de Química, UNAM, 2000.
[2] Julissa Leonor Solís Romero, Efecto de la Formación de Depósitos Calcáreos en la Protección Catódica Galvánica con Ánodos de Aluminio en Agua de Mar, Tesis para optar por el grado de Maestro en Ingeniería, Facultad de Química, UNAM,2009.
[3] Kimitaka Hayashi, Yoichi Ito, Yasuhiko Miyoshi, Corrosion Mechanisms of Zn Alloy Coated Steel Sheets for Automobile Body Use, Nippon Steel Technical Report No. 63 October 1994.
[4] Karina Cruz Hernández, Optimización de Películas de Alúmina con Tratamientos Superficiales de Cerio, Tesis para optar por el grado de Doctora en Ingeniería, Facultad de Química, UNAM, 2012.
[5] Lietai Yang, Techniques for corrosion Montoring, Woodhead Publishing and Maney Publishing, pp. 10, 2008.
[6] Raquel López Celis, José Trinidad Pérez Quiroz, Andrés Antonio Torres Acosta, Miguel Martínez Madrid, Wilfredo Martínez Molina, Luis Eduardo Ariza Aguilar, Emilio Zamudio Cíntora, Joan Genescá Llongueras, Benjamín Valdez Salas, “Durabilidad De La Infraestructura De Concreto Reforzado Expuesta A Diferentes Ambientes Urbanos De México”, Instituto Mexicano del Transporte, Publicación Técnica No. 292, Sanfandila, Qro, 2006.
[7] Luis Alonso Rojas Martínez, Corrosión de las estructuras de concreto reforzado, Tesis para obtener el título de Ingeniero Civil, Escuela Nacional de Estudios Profesionales ACATLAN, UNAM, 1998.
[8] Odd E. Gjørv, Durability Design of Concrete Structures in Severe Enviroments, Taylor & Francis e-Library, 2008
[9] L. Maldonado, Safaa Alhassan, “Corrosion Resistance Of Galvanized Bars In Concrete Structures Exposed In The Caribbean”, CORROSION2004, Paper No. 04316.
[10] Stephen R. Yeomans, Galvanized Steel Reinforcement In Concrete, p. 4-11, University of New South Wales, Canberra, ACT, Australia, (2004).