La corrosión del refuerzo de acero en el hormigón es compleja, pero básicamente es una reacción electroquímica similar a la de una batería simple. La composición del acero suave varía a lo largo de su longitud y los sitios potenciales anódicos (más cargados negativamente) y catódicos (cargados positivamente) se pueden configurar en varios puntos.
A partir de los días de antaño, cuando se construyeron las grandes pirámides de Egipto o el jardín colgante de Babilonia, la humanidad estaba en busca de un material de construcción que pueda soportar los caprichos de la naturaleza, sin ningún tipo de mantenimiento. En busca de tal material, la humanidad finalmente encontró un material de maravilla ‘ cemento Portland ‘.
Durante el último siglo y medio, el hormigón de cemento se ha utilizado ampliamente para varias estructuras que el hombre podía soñar o concebir con la idea errónea de que durarán para siempre. La mayoría de las fallas o el no funcionamiento de la estructura a su condición de servicio deseada se atribuye principalmente a la falta de comprensión de la condición ambiental y la falta de mantenimiento adecuado, sistemático y científico.
Los activos valiosos de un país se crean a través de la construcción. La construcción desempeña un papel vital en el desarrollo económico. Es una actividad precursora y un sello distintivo del proceso de desarrollo de cualquier nación.
Refuerzo de acero que se utiliza en RCC, aunque en un lado complementa el hormigón por su debilidad en la tensión (tensión de tracción), también deteriora la durabilidad y la longevidad del hormigón, debido a su propensión a la corrosión.
La reparación y rehabilitación de estructuras de hormigón, que últimamente se ha convertido en una actividad comparable a la propia construcción en todo el mundo, se debe principalmente al deterioro del hormigón debido a la corrosión del acero incrustado.
En la parte anterior de este siglo, cuando la construcción de hormigón armado comenzó a ser ampliamente utilizado, reemplazando casi completamente los materiales de construcción hasta ahora utilizados a saber. madera, (piedra) albañilería y secciones de acero, etc., la expectativa de vida de la r. c. las estructuras eran del orden de 100 años. Sin embargo, a la vuelta del siglo encontramos estas expectativas desbeliadas y las construcciones irónicamente más nuevas dicen de 20 a 25 años de edad, muestran serios deterioros y angustias.
La durabilidad del hormigón se ha convertido en un tema muy discutido en el desarrollo global. A pesar de que varios factores son responsables de la angustia temprana en las estructuras de hormigón armado se observa que en la mayoría de los casos, es debido a la corrosión del acero.
La corrosión parece ser un fenómeno omnipresente que causa la destrucción generalizada de todo tipo de estructuras en todos los países del mundo y ha llegado a denominarse “cáncer” para el hormigón.
Idealmente hablando, se supone que un buen hormigón proporciona una protección adecuada al acero incrustado. Esto es debido al ambiente alcalino protector (valor de pH tan alto como 12,5) proporcionado por el concreto fresco dando por resultado la formación de la capa protectora en la superficie del acero, que la pasivates de la corrosión adicional.
Sin embargo, durante el paso del tiempo, debido a la carbonación o entrada de iones de cloruro, el valor de pH comienza a declinar lentamente y se pierde el rodete alcalino de la barra de refuerzo, anunciando el proceso de corrosión, que a su vez causa grietas y desprendimiento de hormigón. Por lo tanto, se comprendió que el factor crucial que da calidad y durabilidad al hormigón parece ser su impermeabilidad, que puede garantizarse proporcionando suficiente contenido de cemento, baja relación w/c, compactación completa y curado. Lo mismo puede mejorarse mediante el uso de aditivos apropiados y proporcionar una mayor cobertura de hormigón.
Sin embargo, estas medidas son en primer lugar difíciles de realizar en la práctica plenamente y en segundo lugar las mismas no se encuentran suficientemente buenas en el ambiente agresivo. Por lo tanto, se hace necesario proporcionar protección adicional al acero de refuerzo, especialmente debido a la corrosión inducida por cloruro (peor que la corrosión por carbonación) que puede desarrollarse incluso en hormigón de buena calidad.
La mayor parte del deterioro de las estructuras de CCR se debe principalmente a la corrosión del refuerzo. Por lo tanto, la comprensión básica de la tecnología de corrosión para la durabilidad de la estructura y el trabajo de rehabilitación es imprescindible.
El acero incrustado en la pasta de cemento hidratante forma rápidamente una capa delgada de la pasividad del óxido que se adhiere fuertemente al acero subyacente y le da la protección completa contra la reacción con el oxígeno y el agua, que es de la formación del moho o de la corrosión. Este estado del acero se conoce como pasivación.
El mantenimiento de la pasivación está condicionado a un pH suficientemente alto del agua de poro en contacto con la capa pasivado. Así, cuando el frente de pH bajo alcanza la proximidad de la superficie del acero de refuerzo, la película protectora del óxido se quita y la corrosión puede ocurrir, siempre que el oxígeno y la humedad necesarios para las reacciones de la corrosión estén presentes.
Causas de la corrosión del refuerzo de acero en hormigón.
La corrosión del acero en el hormigón es un proceso electroquímico. Los potenciales electroquímicos para formar las células de corrosión se pueden generar de dos maneras:
(a) Las células de composición pueden formarse cuando dos metales diferentes están incrustados en hormigón, como barras de acero y tubos de conductos de aluminio, o cuando existen variaciones significativas en las características superficiales del acero.
b) Las células de concentración pueden formarse debido a las diferencias en la concentración de iones disueltos cerca del acero, como los álcalis, los cloruros y el oxígeno.
Las diferencias en el potencial electroquímico pueden surgir de las diferencias en el entorno del hormigón. Las células electroquímicas forman también debido a una variación en la concentración de la sal en el agua del poro o debido a un acceso no uniforme al oxígeno.
Por lo tanto, uno de los dos metales (o algunas partes del metal cuando sólo un metal está presente) se convierte en anódica y la otra catódica. Los cambios químicos fundamentales que ocurren en las áreas anódicas y catódicas son los siguientes.
Cuando existe una diferencia en el potencial eléctrico a lo largo del acero en el hormigón, se establece una célula electroquímica: se forman regiones anódicas y catódicas, conectadas por el electrolito en forma de agua de poro en la pasta de cemento endurecido.
Los iones férreos positivamente cargados fe++ en el paso de ánodo en la solución, mientras que los electrones libres cargados negativamente e– pasar a través del acero en el cátodo donde son absorbidos por los componentes del electrólito y se combinan con agua y oxígeno para formar iones hidroxilo (OH)–. Éstos viajan a través del electrólito y se combinan con los iones ferrosos para formar el hidróxido férrico que es convertido por la oxidación adicional al moho. Las reacciones involucradas son las siguientes:
Reacciones anódicas:
Fe-> fe++ + 2e–
Fe++ + 2 (OH)– -> Fe (OH)2 (hidróxido ferroso)
4Fe (OH)2 + 2H2O + O2 -> 4Fe (OH)3 (Férrico Hidróxido)
Agua (Aire) 2Fe (OH)3 -> Fe2 × O3 × H2O + 2H2O — óxido férrico hidratado (óxido).
Reacción catódica:
4e– + O2 + 2H2O-> 4 (OH)–
Se puede ver que el oxígeno se consume y el agua se regenera, pero es necesario para que el proceso continúe. Por lo tanto, no hay corrosión en concreto seco, probablemente por debajo de una humedad relativa de 60 por ciento; ni hay corrosión en el hormigón completamente sumergido en el agua, excepto cuando el agua puede arrastrar aire, por ejemplo por la acción de la onda.
La transformación del hierro metálico al óxido se acompaña de un aumento en el volumen, que dependiendo del estado de oxidación, puede ser tan grande como 600 por ciento del metal original. Este aumento de volumen se cree que es la principal causa de expansión y agrietamiento de hormigón. Cabe señalar que la reacción anódica que implica la ionización del hierro metálico no progresará lejos a menos que el flujo del electrón al cátodo sea mantenido por el consumo de los electrones en el cátodo; para ello es absolutamente necesario la presencia de aire y agua en la superficie del cátodo.
En ausencia de iones de cloruro en la solución, la película protectora sobre el acero se informa que es estable si el pH de la solución se mantiene por encima de 11,5. Normalmente hay suficiente alcalinidad en el sistema para mantener el pH por encima de 12. En condiciones excepcionales (por ejemplo, cuando el hormigón tiene alta permeabilidad y álcalis y la mayor parte del hidróxido de calcio son carbonatadas o neutralizadas por una solución ácida), el pH del hormigón cerca de acero puede ser reducido a menos de 11,5, destruyendo así la pasividad del acero y estableciendo el escenario para el proceso de corrosión.
En presencia de iones cloruro, dependiendo del C1– /OH– relación, se informa que la película protectora puede ser destruida incluso a valores de pH considerablemente por encima de 11,5.
Para que se inicie la corrosión, se debe penetrar la capa de pasividad. Los iones del cloruro activan la superficie del acero para formar un ánodo, la superficie pasivado que es el cátodo. Las reacciones involucradas son las siguientes:
Fe++ + 2Cl– -> FeCl2
FeCl2 + 2H2Fe de O-> (OH)2 + 2HCl
Carbonación de acero incrustado.
Se reconoce que el acero incrustado en un medio muy alcalino con valores de pH de 9 hacia arriba no se oxidará. Durante el ajuste del hormigón, el cemento comienza a hidratarse, esta reacción química entre el cemento y el agua en el hormigón hace que el hidróxido de calcio se forme a partir del clínker de cemento. Esto asegura la alcalinidad del hormigón, produciendo un valor de pH de más de 12,6 que hace que la superficie de acero pasivo.
La protección del refuerzo de la corrosión es así proporcionada por la alcalinidad del hormigón, que conduce a la pasivación del acero. La reserva de hidróxido de calcio es muy alta, por lo que no hay necesidad de esperar corrosión de acero, incluso cuando el agua penetra en el refuerzo del hormigón. debido a esto, incluso la ocurrencia de pequeñas grietas (hasta 0,1 mm de ancho) o manchas en el hormigón no necesariamente conducen a daños.
Fig: la carbonación conduce a la corrosión general a lo largo de toda la barra.
La figura anterior muestra los primeros signos externos de corrosión general que ocurren es el agrietamiento superficial del hormigón a lo largo de la línea del acero.
La Fig. muestra que a medida que la corrosión procede, el hormigón se Escude completamente para exponer el acero.
Las influencias ambientales y el dióxido de carbono en particular, reducirán el valor de pH del hormigón (carbonación) y así se eliminará el efecto pasivante, junto con la humedad existente, el resultado es la corrosión del refuerzo.
La carbonación es el efecto del CO2 de la atmósfera que reacciona con el componente alcalino en CA concreta (OH)2 en presencia de humedad, convirtiendo así el hidróxido de calcio en CaCO3. El carbonato cálcico es ligeramente soluble en agua.
El valor de pH del agua del poro es generalmente entre 12,5 a 13,5 pero debido a la carbonación el pH se reduce a menos de 9. El refuerzo por lo tanto ya no está en la gama pasivating y la corrosión ocurre. La corrosión se acelera en presencia de más humedad y oxígeno.
CA (OH)2 + CO2 + H2O = CaCO3 + 2 H2O
El proceso de carbonación alcanza la profundidad de la cubierta.
Los factores que influyen en la profundidad de la carbonación son:
– Profundidad de la cubierta
– Permeabilidad del hormigón
– Grado de hormigón
– Tiempo
– Si el concreto está protegido o desprotegido
– Las influencias ambientales
– El resultado final agrietamiento, desprendimiento y corrosión
Cloruros.
Los cloruros son generalmente ácidos en la naturaleza y pueden provenir de un número de diversas fuentes, el ser más común, sales de deshielo, uso de agregados marinos no lavados, aerosol del agua de mar, y ciertos aditivos de aceleración (su uso ahora está prohibido).
En presencia de cloruros se produce corrosión por picaduras localizada que no siempre se ha asociado con él los signos de alerta temprana de agrietamiento superficial.
La corrosión inducida por cloruros es potencialmente más peligrosa que la resultante de la carbonación. Como la mayoría de los aspectos de la durabilidad concreta, el deterioro debido a la corrosión del refuerzo puede ocurrir años (5 a 20) para manifestarse.
Factores que influyen en la corrosión del refuerzo de acero.
Los factores que generalmente influyen en la corrosión del refuerzo en las estructuras RC son:
– Valor de pH,
– Humedad,
– Oxígeno,
– Carbonatación,
– Cloruros,
– Temperatura ambiente y humedad relativa,
– Gravedad de la exposición,
– Calidad de los materiales de construcción.
– Calidad del hormigón.
– Cobertura al refuerzo,
– Condiciones iniciales de curado, y
– Formación de grietas.
Daños al hormigón debido a la corrosión del refuerzo de acero.
El proceso de corrosión, una vez desajustado, da como resultado el deterioro y la angustia del miembro RC. Las diversas etapas de la destrucción son las siguientes:
Etapa 1: Formación de parches blancos.
Si el refuerzo está incrustado en un hormigón que es lo suficientemente permeable como para permitir el paso de agua y dióxido de carbono, entonces la carbonación avanza de la superficie al hormigón interior. El dióxido de carbono reacciona con el hidróxido de calcio en la pasta de cemento para formar carbonato cálcico. La libre circulación de agua transporta los carbonatos de calcio inestables hacia la superficie y forma manchas blancas. Los remiendos blancos en la superficie concreta indican la ocurrencia de la carbonación.
Etapa 2: Parches marrones a lo largo del refuerzo.
Cuando el refuerzo comienza a corroer, se forma una capa de óxido férrico en la superficie de refuerzo. Este producto marrón resultante de la corrosión puede permear junto con la humedad a la superficie de hormigón sin agrietarse del hormigón. Acompaña generalmente agrietarse o agrietarse del concreto ocurre pronto después de eso.
Etapa 3: Ocurrencia de grietas.
Los productos de la corrosión ocupan normalmente un volumen mucho más grande cerca de 6 a 10 veces que el metal del padre. El aumento del volumen ejerce una considerable presión de rotura sobre el hormigón circundante, resultando en grietas.
La grieta de la línea del pelo en la superficie concreta que miente directamente sobre el refuerzo y el funcionamiento paralelos a él es la indicación visible positiva que el refuerzo está corroyendo. Estas grietas indican que el óxido en expansión ha crecido lo suficiente como para dividir el hormigón. Incluso en esta etapa el refuerzo se ve como si estuviera libre de óxido si el hormigón se astilló.
Etapa 4: Formación de múltiples grietas.
A medida que la corrosión avanza, habrá formación de múltiples capas de óxido férrico en el refuerzo que a su vez ejercen una presión considerable sobre el hormigón circundante resultando en ensanchamiento de grietas en el cabello. Además, se forman también varias grietas nuevas para el cabello. El vínculo entre el hormigón y el refuerzo se reduce considerablemente. Habrá un sonido hueco cuando el hormigón se golpea en la superficie con un martillo ligero.
Etapa 5: Desprendimiento de la cubierta de hormigón.
Debido a la pérdida en el enlace entre el acero y el hormigón y la formación de múltiples capas de escamas, el hormigón de la cubierta comienza a despegar. En esta etapa, hay una reducción considerable del tamaño de la barra.
Etapa 6: Ajuste de las barras.
La reducción continua en el tamaño de las barras, resulta en el chasquido de las barras. Generalmente el chasquido ocurre primero en lazos/estribos. En esta etapa, también habrá una considerable reducción en el tamaño de las barras principales.
Etapa 7: Pandeo de barras y abulto de hormigón.
El desprendimiento de la cubierta de hormigón y el chasquido de los lazos (en el miembro de compresión) hace que las barras principales a la hebilla, lo que resulta en la protuberancia de hormigón en esa región. Esto sigue un colapso de la estructura.
Minimizando el riesgo de corrosión de refuerzo de acero.
La calidad y la profundidad del hormigón en la zona de cobertura son importantes para minimizar el riesgo de corrosión, como se muestra en la Fig de abajo.
Calidad del hormigón.
La calidad se controla en gran medida minimizando la permeabilidad.
Profundidad de la cubierta de acero del refuerzo.
Las recomendaciones para profundidades mínimas de cobertura se dan en los códigos de práctica y se basan en las condiciones de exposición y el contenido mínimo de cemento. Un mayor contenido de cemento inferir raciones de cemento de agua más bajas que conducen a reducciones permitidas en la cubierta.
En ningún momento la cubierta normal debe ser menor que el tamaño máximo de agregados + 5mm.
Materiales de construcción de hormigón.
Los cementos combinados hechos de combinaciones de PC/PFA y PC/GGBS pueden conducir a una reducción significativa en la penetración de cloruro. Sin embargo, en situaciones en las que estos materiales no se curan adecuadamente, existe el riesgo de aumento de la carbonación. Se debe tener cuidado de que todos los agregados y aditivos contengan una cantidad limitada de cloruros.
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