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El umbral de cloruros para despasivar el d facero de refuerzo.
Pedro Castro BorgesPedro Castro Borges
Pedro Castro‐Borges
Temas de la Sesión1. ¿ Qué son los cloruros?
2 Formas de extraerlos2. Formas de extraerlos
3. Formas de determinarlos
4. El umbral de cloruros
5. Variables de las que depende el umbral.
6. Criterios para obtener el umbral.p
7. Resultados de la literatura
8. Resultados mexicanos
9 Conclusiones generalesPedro Castro‐Borges
9. Conclusiones generales
¿ Qué son los cloruros?
Son iones muy agresivos que producen una disolución localizada de la capa pasiva,dando lugar a ataques puntuales (picaduras) que pueden reducir drásticamente la
¿ Q
g q p (p ) q psección de trabajo del acero en corto tiempo.
ClCloruros
Picaduras
Pedro Castro‐Borges
Radical químico, de naturaleza básica que confiere un elevado pH a la solución del
¿ Qué son los Hidróxidos (OH ‐)?
q , q pporo del concreto y que afecta directamente la concentración de cloruros necesariapara iniciar el proceso de corrosión.
Pedro Castro‐Borges
¿ Qué son los cloruros?
Cloruros libres:Son los iones presentes en la solución del poro, capaces de despasivar al
ióacero y provocar su corrosión.
Cloruros combinados:a) Son aq ellos q ímicamente combinados con al minatos de calcioa) Son aquellos químicamente combinados con aluminatos de calcio
hidratados (C3A o C4AF).
b) Son aquellos débilmente combinados con silicatos de calciob) Son aquellos débilmente combinados con silicatos de calciohidratados .
Cloruro total:Cloruro total:Es la cantidad que contempla los cloruros combinados y los cloruros libres.
Pedro Castro‐Borges
Relación Cl‐/OH‐:
Parámetro aceptado para tomar en cuenta el inicio de la corrosión. Sopesa la acciónde los cloruros que son despasivantes con la de los OH‐ que permiten mantenerpasivo el acero.
PPP
Pedro Castro‐Borges
Técnicas para extraer los cloruros
Lixiviación
Ácido (HNO3 0.6M)
Alcalino (NaOH)
Cloruro libreAgua destilada
Pore Pressing
Cl-
Cl-Cl-
Cl- Cl-Agitac ión
ClProceso de Lixiviación
rpm
Pedro Castro‐Borges
Formas de extraer los cloruros
Lixiviación por medio ácido (HNO3)
Cloruro total
Fluorescencia de rayos x
EE
Lixiviación pormedio ácido
EE
Pedro Castro‐Borges
Formas de extraer los OH‐
Lixiviación con Agua destiladaOH‐ Lixiviación con Agua destilada
descarbonatada
Gas Inerte (Argón)
O2
ArO2
Agua
ArAgua descarbonatadOH-OH-Agitación
descarbonatadadescarbonatadOH
OH-
OHmanual
OH-OH-
Pedro Castro‐Borges
Técnicas de determinación de cloruros
Potenciométrica Ion Selectivo
Titulación
Nitrato de Plata(AgNO3)
VolumétricaNitrato de Mercurio(HgNO3)
Pedro Castro‐Borges
El umbral de clorurosEl umbral de cloruros
Definición:Definición:
Cantidad de cloruros que es capaz de despasivar al acero de refuerzo. Su valordepende de diferentes variablesdepende de diferentes variables.
Pedro Castro‐Borges
Variables de las que depende el umbral de cloruros
a) La dosificación del concreto
b) El contenido de aluminato tricálcico en el cemento (C3A)
c) La temperatura.
d) La Humedad relativa.
e) La fuente del cloruro e) a ue e de c o u o
f) La resistividad del material, entre otros.
Pedro Castro‐Borges
a) Umbrales dependiendo de la dosificación
a/c = baja a/c = alta
ClCl‐
Cl‐ Cl‐
Cl‐
Cl‐
Cl‐Cl‐
Cl‐Cl‐
Cl‐
Cl
Cl‐Cl‐
Cl‐ Cl‐ Cl‐
Cl‐Cl
Cl‐Cl‐
Cl‐Cl‐ Cl‐Cl‐
Mayor cantidad de Cl‐ Menor cantidad de Cl‐Mayor cantidad de Clformando cloroaluminatos
formando cloroaluminatos
Pedro Castro‐Borges
b) Umbrales dependiendo de aluminato tricálcico (C3A)
a/c = 0.50
C A = alto
a/c = 0.50
C3A = bajo
Cl
C3A = alto C3A = bajo
Cl‐Cl‐ Cl‐
Cl‐
Cl‐
Cl‐Cl‐
Cl‐
Cl‐
Cl‐Cl‐
Cl‐Cl‐
Cl‐Cl
Cl‐
Cl‐Cl
Cl‐Cl‐
C3A alto, C3A bajo,C3A alto,umbral mayor
C3A bajo,umbral menor
Pedro Castro‐Borges
c) Efecto de la temperatura en la movilidad de cloruros
a/c = 0.50t = 20ºC
a/c = 0.50t = 40ºC
ClCl‐
Cl‐
Cl‐
Cl‐Cl‐
Cl‐
Cl‐Cl‐
Cl‐
Cl‐Cl‐
Cl‐Cl‐Cl‐ Cl‐
Cl‐ Cl‐
Movilidad menor del Movilidad mayor delMovilidad menor del cloruro
Movilidad mayor del cloruro
Pedro Castro‐Borges
d) Efecto de la humedad relativa
HR baja HR alta
Película de H OPelícula de H2O
Película de H2O + Cl‐
2+ Cl‐
O OO
OO O
OO
2 O
2
O
2O
2
2O
22 2
O
2O
2
2
Corrosión no limitadaCorrosión limitada por
Corrosión no limitada por O2
O2
Pedro Castro‐Borges
e) La fuente del cloruroPor adición durante el mezclado
Adición de aditivos
Por adición durante el mezclado
Aguaa base de CaCl2
AgregadosC AgregadosCemento
Concreto concloruros
Pedro Castro‐Borges
e) La fuente del cloruroPor contaminación atmosférica
Niebla salinaZonaatmosférica
VientoA
B
zona de nieblasalina intensa
SalpicadurasNivel de marea alta
Zona de mareas
B
C
zona desalpicaduras
Subsuelo marino
Nivel de marea baja
Zona de inmersiónD
Pedro Castro‐Borges
f) Resistividad del material
a/c baja a/c alta
Mayor tamañoMenor tamaño de poros
Mayor tamaño de poros
Cl‐
Cl‐Cl‐ Cl‐
Cl‐
Cl‐
Cl‐ Cl‐
Cl‐
Cl‐Cl‐ Cl‐ClCl‐
Cl
Cl‐
Cl‐
Cl‐
Cl
Cl‐Cl‐
Cl
Cl‐
Menor cantidad de Mayor cantidad deMenor cantidad de cloruros y agua, mayor
resistividad
Mayor cantidad de cloruros y agua, menor
resistividad
Pedro Castro‐Borges
Criterios para obtener el umbral de cloruros
‐ Seguimiento de la corrosión.
100
110
100m
2 )
0 010.1
1
µA
/cm
0 00010.0010.01
corr
(µ
a/c = 0 46 tc = 3 días
0.000010.0001
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66
i a/c 0.46, tc 3 días
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66Tiempo (meses)
Pedro Castro‐Borges
Criterios para obtener el umbral de cloruros
‐ Seguimiento del contenido de cloruros en etapas
3.500
2 50
3.00
orur
osm
ento
)0 meses7 meses13 meses24 meses
2.00
2.50
ón d
e cl
oo
de c
em 45 meses
1.00
1.50
cent
raci
ópo
r pes
o
0 00
0.50Con
c(%
p
0.000 5 10 15 20 25 30 35
Profundidad de penetración (mm)/ 0 46 3 dí Pedro Castro‐Borges a/c = 0.46, tc = 3 días
Criterios para obtener el umbral de cloruros
‐ Primer criterio de despasivación (el potencial).
(Norma ASTM C‐876)
Potencial (mV vs CSE) Condición
Ecorr > 200Menos del 10% de probabilidad de
Ecorr >‐200corrosión
‐200>Ecorr>‐350 Corrosión incierta
Ecorr<‐350Más del 90% de probabilidad decorrosión
NOTA:Los potenciales son medidos con respecto a un electrodo de Cobre/ Sulfato de Cobre
Pedro Castro‐Borges
Criterios para obtener el umbral de cloruros
‐Primer criterio de despasivación (el potencial)
‐100‐50
0SE
(mV) a/c = 0.46, tc = 3 días
‐250‐200‐150
enci
al v
s CS
‐400‐350‐300
Pote
‐500‐450
0 10 20 30 40 50 60
Tiempo (meses)
Pedro Castro‐Borges
Criterios para obtener el umbral de cloruros
‐Segundo criterio de despasivación (la observación visual)
b) Formación de picaduras en el acero
a) Manchas en la superficie del concreto
Pedro Castro‐Borges
Criterios para obtener el umbral de clorurosCriterios para obtener el umbral de cloruros
Tercer criterio de despasivación (un cierto nivel de corriente dep (corrosión)
a) El aumento de la corriente galvánica
b) El valor de icorr
Pedro Castro‐Borges
Criterios para obtener el umbral de cloruros
b) El valor de icorr
10100
m2)
0 11
10
µA
/cm
0.010.1
corr
(µ
0.46‐3dc
0.0010 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66
i
Tiempo (meses)Pedro Castro‐Borges
Criterios para obtener el umbral de cloruros
a) El aumento de la corriente galvánicaa) El aumento de la corriente galvánica
10
0.1
1
µA/c
m2
0.001
0.01Icor
r,
0.001
123
A
0.7% Cl 0.7% ClReparación
3-2-10
Ig, µ
A
-30 10 20 30 40 50 60
Posición del segmento de acero, cm
Efecto barrera20°C, 95%, 30 d 40°C, 95%, 65 dPedro Castro‐Borges
Efecto barrera, ,
20°C, 95%, 110 d 40°C, 95%, 109 d
Criterios para obtener el umbral de cloruros
b) El valor de icorr, (icorr último punto)
100
Último punto
0 0010.010.1
110
orr (µA/cm
2 )
0.000010.00010.001
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66
ico 0.70- 3d
Tiempo (meses)
100
Último punto
0 11
10100
r(µA/cm
2 )
0.0010.010.1
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66
icorr
0.46-3dc
Pedro Castro‐Borges Tiempo (meses)
Criterios para obtener el umbral de cloruros
b) El valor de icorr, (icorr media)
1 0 0 0
0 . 1
1 0
rr ( µ
A/c
m2 )
0 . 0 0 0 0 1
0 . 0 0 1
0 6 1 2 1 8 2 4 3 0 3 6 4 2 4 8 5 4 6 0 6 6
icor
ic o r r m e d ia ( Á r e a b a jo la c u r v a )
T ie m p o ( m e s e s )
0 11
1 01 0 0
µA
/cm
2 )
0 . 0 0 10 . 0 1
0 . 1
0 6 1 2 1 8 2 4 3 0 3 6 4 2 4 8 5 4 6 0 6 6
icor
r (µ
0 . 4 6 - 3 d cic o r r m e d ia ( Á r e a b a jo la c u r v a )
Pedro Castro‐Borges 0 6 1 2 1 8 2 4 3 0 3 6 4 2 4 8 5 4 6 0 6 6
T ie m p o ( m e s e s )
Criterios para obtener el umbral de clorurosLos efectos de usar diferentes criterios
El uso de uno u otro criterio para la despasivación podría causar pequeñaspero significativas diferencias en el umbral obtenido. Por eso, es importantepero significativas diferencias en el umbral obtenido. Por eso, es importanteque al momento de comparar resultados entre varios autores se tenga encuenta que las diferencias encontradas pudiesen estar influenciadas porestos factores.
Pedro Castro‐Borges
Resultados de la literatura
(24)(24)
Concretos(10), (12)
(11)(10), (12)
( )(10), (12)
(24)(17)
Morteros
(1)(7)
(14)(14)
0 2 4 6 8
Soluciones(2)(1)
0 2 4 6 8
Relación Cl/OHPedro Castro‐Borges Umbrales encontrados por varios autores en solución, mortero o concreto
Resultados de la literatural i l
Resultados de la literatura
Condiciones Referencia Medio
Valores o intervalos Método para
detectar despasivación
Cloruro libre
Cloruro total Cl/OH
(%ppc) (%ppc)/
Solución Haussmann
Cambio en el potencial de
simulando concreto
Haussmann (1)
Solución 0.60potencial de
corrosión, inspección visual
Solución simulando Gouda (2) Solución 0.35
Polarización anódica, cambio en
el potencial de concreto corrosión y
observación visual
Acero en solución de NaCl,
probando i bl G ñi t l (7) S l ió 0 25 0 8
Promedio de la l id d dPedro Castro‐Borges variables como
resistividad, fuerza iónica y
pH
Goñi et al (7) Solución 0.25 ‐ 0.8 velocidad de corrosión
Resultados de la literaturaResultados de la literatura
Condiciones Referencia Medio
Valores o intervalos Método para
detectar d i ió
Cloruro Cloruro despasivaciónlibre
(%ppc)total
(%ppc)Cl/OH
Suspensiones de OPC 2 42 PolarizaciónSuspensiones de mortero
Gouda (16)OPC
BFSC
2.42
1.21Polarización
anódica
Cementos con M t 2 5 6 0Cementos con bajos y altos
cintenidos de álcalis
Pettersson (10, 12, 24)
Morteros
80% H.R.
100% H:R:
0.6 ‐ 1.8
0.5 –1.7
2.5 – 6.0
1.7 – 2.6
1.7 – 2.6
Velocidad de corrosión
OPC Británico y Portland BFSC
Andrade y OPC 0.15 – 0.69 Velocidad dePedro Castro‐Borges Español (cloruros
adicionados en la mezcla)
Andrade y Page (14) BFSC 0.12 – 0.44
Velocidad de corrosión
Resultados de la literaturaResultados de la literatura
Condiciones Referencia Medio
Valores o intervalos Método para
detectar despasivación
Cloruro lib
Cloruro t t l Cl/OH despasivaciónlibre
(%ppc)total
(%ppc)Cl/OH
OPC Danés, Austriaco y
Sueco (morteros expuestos a
cloruros
Hansson (15)100% H.R.
50% H.R.0.6 – 1.4
Incremento de la corriente durante
la prueba potenciostáticacloruros
externos)potenciostática
Losas de concreto
almacenadas en agua de mar al
10% d Cl
Pettersson (10, 12, 24)
Concreto 1.8 – 2.9Velocidad de
corrosión
10% de Cl
Concreto tid L b t t V l id d dPedro Castro‐Borges sometido a
contaminacón de cloruros externa
Lambert et al. (11)
Concreto 3.00Velocidad de
corrosión
Resultados de la literaturaResultados de la literatura
Condiciones Referencia Medio
Valores o intervalos Método para
detectar despasivación
Cloruro lib
Cloruro l Cl/OH despasivaciónlibre
(%ppc)total
(%ppc)Cl/OH
Concreto OPC 3.04mezclado con
cloruros
Barras sin
Gouda (16) BFSC 1.01Polarización
anódicaGouda (16) OPC 0 60limpieza previaGouda (16) OPC 0.60
Cloruros ConcretoCloruros adicionados a la
mezcla
Concreto
Asumiendo un valor para el
b l d l lMed. Res.
Alta Res.
Alta Res. y Sup
Kayyali (25) MS
HS
HSS
1.15
0.85
0.80
umbral de la rel. Cl/OH de 0.6, para
el cálculo de los cloruros libresPedro Castro‐Borges Alta Res., Sup y
Ceniza volante HSSFA 0.45
cloruros libres
Resultados de la literaturaResultados de la literatura
Condiciones Referencia Medio
Valores o intervalos Método para
detectar despasivación
Cloruro libre
Cloruro total Cl/OH
(%ppc) (%ppc)
Concretos con diferentes Asumiendo undiferentes
contenidos de C3A
C3A = 2.43 %
Hussain et al. (26)
Concreto0.14 0.35
Asumiendo un valor para el umbral de la
relación Cl/OH de C3A = 7.59 %
C3A = 14.00 %
0.17
0.22
0.62
1.000.3
CConcreto adicionado con
cloruros y expuesto
Schiessel y Breit (13)
OPC
BFSC
0.5 – 1
1 – 1.5Corriente de macroceldasexpuesto
externamente a cloruros
Breit (13)FA 1 – 1.5
macroceldas
Prismas de Pedro Castro‐Borges
Prismas deconcreto en exposición
marina
Thomas et al. (8)
Concreto 0.50Observación visual
Pérdida de masa
Resultados de la literaturaValores o intervalos
Resultados de la literatura
Condiciones Referencia Medio
Valores o intervalos Método para
detectar despasivación
Cloruro libre
(%ppc)
Cloruro total (%ppc)
Cl/OH(%ppc)
Prismas de concreto
reforzado conreforzado con diferentes
contenidos de ceniza volante en
i ióM. Thomas
C t Pé did dexposición marina
0%
15%
(27)Concreto
0.70
0 65
Pérdida de masa
15%
30%
50%
0.65
0.50
0.20
Losas de concreto
adicionadas con cloruros en Hope Ip (9) OPC
0.097
a
Vel. de corrosión, inspección visual,
metPedro Castro‐Borges
cloruros en varias
condiciones de exposición
Hope, Ip (9) OPC a
0.19
met. Gravimétricos y pérdida de masa
El umbral obtenido de pruebas aceleradas ‐Resultados de la literatura.
10
1
0.1r (µA
/cm
2 )
0.01
icor
r
a/c = 0.76a/c = 0.70a/c = 0 53
0.001
a/c 0.53a/c = 0.50a/c = 0.46
1 10 100Tiempo (meses)
Pedro Castro‐Borges Velocidad de corrosión vs tiempo en exposición marina. Concretos con 7 días de curado
El umbral obtenido de pruebas aceleradas ‐Resultados de la literatura.
10
1
0.1
r (µA
/cm
2 )
0.01
icor
r
a/c = 0.76a/c = 0.70a/c = 0.53/ 0 50
0.0011 10 100
a/c = 0.50a/c = 0.46
Velocidad de corrosión vs tiempo en cámara salina. Concretos con 7 días de curado
1 10 100Tiempo (días)
Pedro Castro‐Borges
R lt d d l lit tEl umbral obtenido de pruebas aceleradas
‐Resultados de la literatura.24
a/c = 0.76
‐Resultados de la literatura.
20
alin
a)
a/c = 0.70a/c = 0.53a/c = 0.50a/c = 0.46
R=0.95
R 0 98
12
16en
cám
ara
sa R=0.98
R=0.92
8
empo
(día
s e
4
Tie
R=0.98R=0.96
C d i t ti d i ió l i il d i
00 4 8 12 16 20 24
Tiempo (meses en ambiente marino)
Pedro Castro‐Borges Correspondencia entre tiempos de exposición para valores similares de icorr
El umbral obtenido de pruebas aceleradas
Ventajas y desventajas de las pruebas aceleradasV t j
p
Ventajas
• Las pruebas aceleradas establecen correctamente una identificaciónl dif lid d d l i lentre las diferentes calidades de los materiales.
• Con algunas excepciones, hay una clara correlación entre lasb l d l i i l dpruebas aceleradas y las exposiciones en el campo y se pueden
modelar mediante ecuaciones matemáticas bien definidas.
jDesventajas
• El mecanismo de degradación puede ser afectado por la naturalezag p pde la prueba. En este caso debe hacerse una interpretacióncuidadosa de los datos para predecir el comportamiento enexposición natural.
Pedro Castro‐Borges
exposición natural.
Resultados obtenidos en MéxicoCaracterísticas de los materiales
Cemento Portland Ordinario CPO tipo 1Propiedades químicas (%)
Propiedades físicas
SiO2 21.30Al2O3 4.67
(%) por peso
Sup. Específ.Método Blaine 3532.00
2800 cm3/g. Mín.
p
Fe2O3 4.19CaO 64.98K2O 0.16 3.5% máx.SO 2 62
U.S. 200 97.85U.S. 325 88.63Inicial 133.00 0.45 hsFi l 165 00 8 00 h
Fineza
Fraguado Vi tSO3 2.62
CaO 1.48MgO 0.83 5.0% máx.C3S 52.00
Final 165.00 8.00 hsFraguado Falso % Penetración 69.00 50.00% mín
Auto Clave % Expansión 0 00 0 8% máx
Vicat
C3S 52.00C2S 22.00C3A 5.00C4AF 13.00
Auto Clave % Expansión 0.00 0.8% máx24 hs. 83.003 días 203.007 días 255.00 200 kg/cm2
Resistecia a la compresión
130 kg/cm2
4
Ignición 1.50 3.0% máx.Sólidos insolubles 0.47 0.75% máx.
7 días 255.00 200 kg/cmcompresión
Pedro Castro‐Borges
Resultados obtenidos en MéxicoCaracterísticas de los materiales
Arena obtenida de la trituración de piedra calizaResultados del análisisCurva granulométrica de la arena
2.31Módulo de fineza% de material que pasa la malla # 200
3
480
90
100
4.81279 kg/m3
Contenido de materia orgánica Despreciable
% de absorciónPeso volumétrico seco suelto
Peso específico 2540 kg/m3
60
70
80
asa
Contenido de materia orgánica Despreciable
30
40
50
% q
ue p
a
10
20
30
048163050100
Malla No.
Pedro Castro‐Borges
Resultados obtenidos en MéxicoCaracterísticas de los materiales
Grava obtenida de la trituración de piedra calizaResultados del análisisCurva granulométrica de la grava
3/8"Tamaño máximo% de material que pasa la malla # 200 2
80
90
100
7.31090 kg/m3
% de absorciónPeso volumétrico seco suelto
Peso específico seco 2280 kg/m3
60
70
80
asa
1200 kg/m3
35%
Peso volumétrico varillado seco
Desgaste en la máquina de los angeles30
40
50
% q
ue p
a
10
20
30
01" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No. 8
Malla No.
Pedro Castro‐Borges
Resultados obtenidos en MéxicoCaracterísticas de los materiales
Agua de la mezcla y acero de refuerzoResultado del análisis
Agua de la mezcla• Agua potable de la red local Elemento %
Resultado del análisis del acero
• Adición de un 2% de cal en el curado
Elemento %Fe 97.821C 0.400M 0 970
Acero corrugado grado 42 laminado en caliente (NOM B6‐
Mn 0.970S 0.035P 0.014laminado en caliente (NOM_B6
1993 y DGN‐B‐434‐1969) Si 0.150Cr 0.100Ni 0 080Ni 0.080Cu 0.370Sn 0.030
Pedro Castro‐Borges Mo 0.030
Resultados obtenidos en MéxicoCaracterísticas del concreto
Tiempo de Contenido de Contenido de Relación Contenido de Contenido de Peso vol Rev (cm)
Dosificación, revenimiento y peso volumétrico de las mezclas
Tiempo de curado (días)
Contenido de agua (kg/m3)
Contenido de cemento (kg/m3)
Relación a/c
Contenido de arena (kg/m3)
Contenido de grava (kg/m3)
Peso vol. Concreto (kg/m3)
Rev. (cm)
1 2186 20.03 2186 16.07 2190 14 0
7545580.46533245.37 2190 14.01 2158 18.03 2201 15.07 2144 18.0
7545970.53463245.67 2144 18.01 2150 16.03 2130 17.07 2130 18.0
7546370.59402236.9
1 2101 17.53 2087 19.07 2073 18.01 2101 13 5
7546450.70241.9 346
Pedro Castro‐Borges 1 2101 13.53 2059 12.07 2045 16.0
7100.76 665222.4 293
Resultados obtenidos en MéxicoCaracterísticas del concreto
Electrodo de trabajo(Barra corrugada # 3)
Cable de cobre para hacercontacto eléctrico con el ER
15Barra de titanio activadoactuando como electrodo de 15referencia (RE)
Sello epóxico
Sello de pintura epóxicapara restrigir el área deconcreto permeable a Cl- yCO2
P. Castro, A. Sagüés, E.I. Moreno, L. Maldonado, J. Genescá, “Characterization of activatedtitanium solid reference electrodes for corrosiontesting of steel in concrete”, Corrosion Journal, Vol. 52, No. 8, 1996 10
Sello de pintura epóxicapara proteger el acero de lacorrosion en hendiduras,aereación diferencial,sangrado o segregación
Pedro Castro‐Borges
Vol. 52, No. 8, 1996 10 mm75
g g g
MetodologíaAb dAbrazadera
Banda plástica
aisladora
CECE
ER ET
Barra rígida sujetadoraBarra rígida sujetadoraM. Pech, A. Sagüés, P. Castro, “Influence of counter electrodepositioning on the solution resistance in impedance measurementsof reinforced concrete”, Corrosion Journal, Vol. 54, No. 8, 1997, pp. 663‐667.
Pedro Castro‐Borges
P.Castro, L. Maldonado, “Initial efforts to evaluate the corrosion problems in the infrastructure ofMexican Souteasth coastal zones”, en innovative ideas for controlling the decaying infrastructure,Ed. V. Chaker, NACE International, 1995, pp. 119‐136.
Pedro Castro‐Borges
Pedro Castro‐Borges
Golfo de México
Edif. 1, 2 y 5Edif. 6, 7 y 8 11
Edif. 3 y 4
Edif. 9 y 10
11
12780 m
Edif. 9 y 10
13
CiénagaCiénaga
Puerto de abrigo
Pedro Castro‐Borges
Tipos de mediciones y frecuenciaTipos de mediciones y frecuencia
Mediciones realizadas: Frecuencia:Mediciones realizadas: Frecuencia:• Potencial de corrosión (Ecorr), Cada tres meses
• Resistividad del concreto (ρ), Cada tres mesesResistividad del concreto (ρ), Cada tres meses
• Velocidad de corrosión (icorr), Cada tres meses
• Concentración de cloruros, Cada seis meses,
• Profundidad de carbonatación, Cada seis meses
Pedro Castro‐Borges
Medición de parámetros electroquímicos (criterios)
Potencial de corrosión (Ecorr), (ASTM C876‐91)
Potencial (mV vs CSE) CondiciónEcorr >‐200 Menos del 10% de probabilidad de corrosión200>Ecorr> 350 Corrosión incierta‐200>Ecorr>‐350 Corrosión inciertaEcorr<‐350 Más del 90% de probabilidad decorrosiónResistividad del concreto, (ASTM G57‐78)Resistividad (W‐cm) Grado de severidad
< 1000 Severo1000 ‐ 10,000 Discreto10,000 ‐ 100,000 Escaso> 100 000 Nulo
Pedro Castro‐Borges > 100,000 Nulo
Medición de parámetros electroquímicos (criterios) Velocidad de corrosión (icorr), (Manual de la red DURAR)
Icorr (µA/cm2) Nivel de corrosión
< 0 1 Despreciable< 0.1 Despreciable
0.1 – 0.5 Moderado
0.5 ‐ 1 Elevado
> 1 Muy elevado
Pedro Castro‐Borges
Cloruros (extracción y determinación)
‐Espécimen de concreto simple de 7.5 x 15 cm.
‐Análisis de cloruros a los tiempos de exposición:
‐ 0 meses‐ 7 meses‐13 meses‐24 meses‐45 meses
Pedro Castro‐Borges
Resultados obtenidos en México
10010
100m
2 )
0.11
(µA
/cm
0.0010.01
orr m
ed
0.00010 15 30 45 60
ico
Tiempo (meses)
i i ili d d l / 0 6 0 d l Pedro Castro‐Borges icorrmed vs tiempo, cilindro de rel. a/c = 0.76 a 50 m del mar
Resultados obtenidos en México
Log icorr = -0 41 + 1 59 Log (% de Cl)10
Log icorr 0.41 + 1.59 Log (% de Cl)R = 0.94
1cm
2 )
0.1
med
(µA
/c
0.01icor
r m
0.0010.001 0.01 0.1 1 10
Concentración de Cl (% por peso de cemento)
Pedro Castro‐Borges icorrmed vs contenido de Cl, cilindros de rel. a/c = 0.76 a 50 m del mar
Resultados obtenidos en México
3 00
3.500 meses7 meses
2.50
3.00
loru
ros
emen
to) 13 meses
24 meses45 meses
1.50
2.00
trac
ión
ces
o de
ce
1.00
Con
cent
(% p
or p
e
0.00
0.50
(
i t id d Cl ili d d l / 0 50 50 d l
0 5 10 15 20 25 30 35Profundidad de penetración (mm)
Pedro Castro‐Borges icorrmed vs contenido de Cl, cilindros de rel. a/c = 0.50 a 50 m del mar
Resultados obtenidos en México
Distancia Rel. a/c Ecuación R
0.46 Logimed = ‐1.03 + 1.11 Log (% de Cl) 0.65
50 m
0.50 Logimed = ‐1.28 + 0.91 Log (% de Cl) 0.76
0 53 Logi d = ‐1 09 + 1 84 Log (% de Cl) 0 770.53 Logimed 1.09 + 1.84 Log (% de Cl) 0.77
0.70 Logimed = ‐0.54 + 1.67 Log (% de Cl) 0.91
0.76 Logimed = ‐0.41 + 1.59 Log (% de Cl) 0.94
E ió fi i t d ió ( R ) l l l b l d l D t d iEcuación y coeficiente de regresión ( R ) para calcular el umbral de cloruros. Datos usando imed
Pedro Castro‐Borges
Resultados obtenidos en México
Rango del umbral de cloruros Promedio del umbral deRel. a/c
Rango del umbral de cloruros usando icorrmed
(% por peso de cemento)
Promedio del umbral de cloruros usando icorrmed
(% por peso de cemento)
0.46 1.06 – 1.98 1.52
0.50 2.00 – 4.26 3.13
0.53 1.12 – 1.63 1.37
0.70 0.52 – 0.80 0.66
0.76 0.43 – 0.66 0.54
Rangos y promedios del umbral de cloruros para cilindros expuestos a 50 m del mar.
Pedro Castro‐Borges
Resultados obtenidos por otros autores
Ecuaciones para morteros y soluciones
C di ió ióCondición Ecuación
Cloruro total (%)
Logimed = ‐1.07 + 0.76 Log (% de Cl)(%)
g med g ( )
Cloruro libre (%) Logimed = ‐0.74 + 0.64 Log (% de Cl)med
Cl‐/OH‐ Logimed = ‐1.04 + 0.57 Log (Cl‐/OH‐)
(Solución del poro) Logimed = ‐0.84 + 0.90 Log (Cl‐/OH‐)*
*Soluciones y morterosAlonso C., Andrade C., Castellote M., Castro P., “Chloride threshold values todespassivate reinforcing bars embedded in standardized OPC mortar” , Cementand Concrete Research, vol. 30, # 7, pp. 1047‐1055, 2000.
Pedro Castro‐Borges
Resultados obtenidos por otros autores
Umbrales para morteros y soluciones
Condición UmbralCondición Umbral
Cloruro total (%ppc)
1.24 – 3.08(%ppc)
Cloruro libre (%ppc)
0.39 – 1.16(%ppc)
Cl‐/OH‐
(S l ió d l1.17 – 3.98
(Solución del poro) 0.66 – 1.45*
*Soluciones y morterosAlonso C., Andrade C., Castellote M., Castro P., “Chloride threshold values todespassivate reinforcing bars embedded in standardized OPC mortar” , Cement
Pedro Castro‐Borges and Concrete Research, vol. 30, # 7, pp. 1047‐1055, 2000.
Discusión
Durante la exposición el concreto es expuesto a temperaturas que varían entre 23 ºC y 32 ºC
E F M A M J J A S O N DE F M A M J J A S O N D E F M A M J J A S O N DE F M A M J J A S O N DE F M A M J J A S O N D
351993 1994 1995 1996 1997
25
30
ra (º
C)
20
25
mpe
ratu
r
s
y
15
Tem
45 m
eses
24 m
eses
13 m
eses
7 m
eses
posi
ción
10
27
Exp
Pedro Castro‐Borges
Discusión
Durante la exposición el concreto es expuesto a humedades relativas que varían entre 48% y 94%.
90
100E F M A M J J A S O N D E F M A M J J A S O N D E F M A M J J A S O N DeF M A M J J A S O N D E F M A M J J A S O N D
1993 1994 1995 1996 1997
80
90
va (%
)
70
ad R
elat
iv
60
Hum
eda
ión
eses
eses
mes
es
es
40
50
Expo
sic
7 m
e
13 m
24 m
45 m
ese
Pedro Castro‐Borges
Discusión
Resistividad media (KΩ – cm)
‐ Concretos más densos menor resistividad interna.
Rel. a/c
Resistividad media (KΩ cm)24 meses de exposición
50 m # de pruebas50 m # de pruebas
0.46 30.56 6
0 50 33 46 60.50 33.46 6
0.53 34.54 6
0.70 42.79 6
0.76 43.37 6
Resistividad media 50 m del marPedro Castro‐Borges
Discusión
‐Excepciones en las tendencias.
‐La única excepción la constituyó la relación a/c de 0.46. Esto se atribuye a que elanálisis granulométrico mostró un exceso de finos. Así que hubo la posibilidad de que
t l ió / d d t l lt t áesta relación a/c no se curara adecuadamente por lo que resultara un concreto máspermeable que la de 0.50.
Pedro Castro‐Borges
Discusión
Condiciones Referencia Medio
Valores o intervalos Método para
detectar despasivación
Cloruro libre
Cloruro total Cl/OHlibre
(%ppc)total
(%ppc)Cl/OH
SoluciónCambio en el
i l dSolución
simulando concreto
Haussmann (1)
Solución 0.60potencial de
corrosión, inspección visual
Solución simulando Gouda (2) Solución 0.35
Polarización anódica, cambio en
el potencial de concreto corrosión y
observación visual
Acero en solución de NaCl,
probando i bl G ñi l (7) S l ió 0 25 0 8
Promedio de la l id d dPedro Castro‐Borges variables como
resistividad, fuerza iónica y
pH
Goñi et al (7) Solución 0.25 ‐ 0.8 velocidad de corrosión
Discusión
Condiciones Referencia Medio
Valores o intervalos Método para
detectar despasivación
Cloruro libre
Cloruro total Cl/OHlibre
(%ppc)total
(%ppc)Cl/OH
Suspensiones de Gouda (16)
OPC 2.42 Polarización mortero
Gouda (16)BFSC 1.21 anódica
Cementos con Morteros 2 5 – 6 0bajos y altos
cintenidos de álcalis
Pettersson (10, 12, 24)
Morteros
80% H.R.
100% H:R:
0.6 ‐ 1.8
0.5 –1.7
2.5 6.0
1.7 – 2.6
1.7 – 2.6
Velocidad de corrosión
OPC Británico y Portland BFSC
Andrade y OPC 0.15 – 0.69 Velocidad dePedro Castro‐Borges Español (cloruros
adicionados en la mezcla)
Andrade y Page (14) BFSC 0.12 – 0.44
Velocidad de corrosión
Discusión
l i l
Condiciones Referencia Medio
Valores o intervalos Método para
detectar despasivación
Cloruro libre
Cloruro total Cl/OH
(%ppc) (%ppc)/
OPC Danés, Austriaco y Incremento de laAustriaco y
Sueco (morteros expuestos a
cloruros
Hansson (15)100% H.R.
50% H.R.0.6 – 1.4
Incremento de la corriente durante
la prueba potenciostática
externos)
Losas de concretoconcreto
almacenadas en agua de mar al
10% de Cl
Pettersson(10, 12, 24)
Concreto 1.8 – 2.9Velocidad de
corrosión
Concreto sometido a
ó dLambert et
l ( )Concreto 3.00
Velocidad de óPedro Castro‐Borges contaminacón de
cloruros externaal. (11)
Concreto 3.00corrosión
Discusión
Condiciones Referencia Medio
Valores o intervalos Método para
detectar despasivación
Cloruro lib
Cloruro t t l Cl/OH despasivaciónlibre
(%ppc)total
(%ppc)Cl/OH
Concreto mezclado con
OPC 3.04mezclado con
cloruros
Barras sin limpieza previa
Gouda (16) BFSC 1.01 Polarización anódica
Gouda (16) OPC 0.60p p
Cloruros adicionados a la
mezcla
Concreto
Asumiendo unmezcla
Concreto
Med. Res.
Alta ResKayyali (25) MS
HS
1.15
0 85
Asumiendo un valor para el
umbral de la rel. Cl/OH de 0.6, para
Alta Res.
Alta Res. y Sup
Alta Res., Sup y Ceniza volante
HS
HSS
HSSFA
0.85
0.80
0 45
el cálculo de los cloruros libres
Pedro Castro‐Borges Ceniza volante HSSFA 0.45
DiscusiónValores o intervalos
Mé dCondiciones Referencia Medio
Método para detectar
despasivación
Cloruro libre
(%ppc)
Cloruro total
(%ppc)Cl/OH
Concretos con diferentes
contenidos deAsumiendo un
contenidos de C3A
C3A = 2.43 %
C A = 7 59 %
Hussain et al. (26)
Concreto0.14
0.17
0.35
0.62
valor para el umbral de la
relación Cl/OH de 0.3C3A = 7.59 %
C3A = 14.00 % 0.22 1.00de 0.3
Concreto adicionado con
cloruros y expuesto
t t
Schiessel y Breit (13)
OPC
BFSC
FA
0.5 – 1
1 – 1.5
1 – 1 5
Corriente de macroceldas
externamente a cloruros
FA 1 1.5
Prismas de concreto en Thomas et
Observación Pedro Castro‐Borges
concreto en exposición
marina
Thomas et al. (8)
Concreto 0.50 visual
Pérdida de masa
DiscusiónValores o intervalos
Método paraCondiciones Referencia Medio
Método para detectar
despasivación
Cloruro libre
(%ppc)
Cloruro total
(%ppc)Cl/OH
Prismas de concreto
reforzado con diferentesdiferentes
contenidos de ceniza volante en exposición
M. Thomas (27)
Concreto Pérdida de masamarina
0%
15%
(27)
0.70
0.6530%
50%0.50
0.20
Losas de V l d
concreto adicionadas con
cloruros en i
Hope, Ip (9) OPC
0.097
a
Vel. de corrosión,
inspección visual, met.
Pedro Castro‐Borges varias condiciones de
exposición
0.19 Gravimétricos y pérdida de masa
Conclusiones
El b l d l bi i l i d d i d l‐El umbral de cloruro en ambiente tropical marino muestra dependencia de lacalidad del concreto.
Este umbral fluctuó entre 0 54 y 3 13 % por peso de cemento para relaciones a/c‐ Este umbral fluctuó entre 0.54 y 3.13 % por peso de cemento para relaciones a/centre 0.76 y 0.46.
En frente del mar a 50 m de la orilla de la playa a mayor relación a/c menor umbral‐En frente del mar a 50 m de la orilla de la playa, a mayor relación a/c menor umbralde cloruros para producir corrosión.
Pedro Castro‐Borges
Conclusiones
L b l b id dif l lib l l‐ Los umbrales obtenidos por diferentes autores para cloruros libres, cloruros totalesy relación Cl‐/OH‐ siguen el mismo tipo de ecuación:
Log i a + b Log (% de Cl)Log imed = a + b Log (% de Cl)
Pedro Castro‐Borges
Pedro Castro‐Borges
Cloruros (extracción y determinación)
Corte mecánico de unarodaja de 5 mm derodaja de 5 mm deespesor
Profundidades marcadas en larodaja (de la superficie hacia
Pedro Castro‐Borges rodaja (de la superficie haciaadentro): 2, 7, 12, 17, 22,27 y 32mm
Cloruros (extracción y determinación)
Se barrena cada profundidadSe barrena cada profundidaden las zonas donde haypasta, tratando de nobarrenar el agregadobarrenar el agregado
Se separa cada muestra en unrecipiente numerado
Pedro Castro‐Borges recipiente numerado.
Cloruros (extracción y determinación)
Trituración manual hastaTrituración manual hastareducir las partículas deconcreto a un tamaño de297 micras (malla # 50 )297 micras (malla # 50 )
Se separa cada muestra en unrecipiente numerado
Pedro Castro‐Borges recipiente numerado.
Cloruros (extracción y determinación)
S l l tSe colocan las muestras enel horno durante una hora a100 ºC
Se deja enfriar durante 15 minutosPedro Castro‐Borges
Se deja enfriar durante 15 minutosen un desecador
Cloruros (extracción y determinación)
Se pesan 2.4 g en una balanzaanalítica
Se agita cada una de las muestrasPedro Castro‐Borges con 100 ml de ácido nítrico 0.6 M
durante 15 minutos
Cloruros (extracción y determinación)
Se afora la muestra a 120 ml conácido nítrico 0.6 M en una probetagraduada
Se deja sedimentar la muestra durante una Pedro Castro‐Borges
jhora
Cloruros (extracción y determinación)
Se filtra la muestra con papel deporosidad mediap
Se divide la muestra filtrada en 2, Pedro Castro‐Borges cada una de 50 ml
Cloruros (extracción y determinación)
Determinación de la pendiente:
Se le adiciona 1 ml de nitrato de sodio (NaNO3 ) 5 M, para romper la tensión superficial de la soluciónsuperficial de la solución
S t t dSe toma una muestra de aguadestilada para obtener la pendientede acuerdo al siguienteprocedimiento:
Pedro Castro‐Borges procedimiento:
Cloruros (extracción y determinación)
Primera parte: Determinación de la pendiente (S) de los electrodos.
1.‐ Tomar una muestra de agua destilada de 50 ml.
2.‐ Adicionar 1 ml de Nitrato de Sodio 5M (para romper la tensión superficial).
3 A i l b l d i ió l id d i d i l3.‐ Agitar la muestra sobre placa de agitación a velocidad constante, introducir loselectrodos en la solución. Cuando se estabilice el potencial adicionar 1 ml de cloruro desodio 1 M (NaCl).
Pedro Castro‐Borges
Cloruros (extracción y determinación)
4.‐ Sin suspender la agitación esperar un minuto (hasta que la lectura del potencial seaestable), y tomar la lectura de potencial (S1).
5 D é di i 10 l d l d S di 1M ( i d l i ió )5.‐ Después adicionar 10 ml de cloruro de Sodio 1M (sin suspender la agitación) esperarpor un minuto más (hasta que la lectura del potencial sea estable), tomar la lectura delpotencial (S2).
El valor de la pendiente se obtiene de :
S = S1 ‐ S2
(este valor debe estar en el rango de 54‐60 mV)
Nota: en caso de no obtener valores dentro del rango hay que repetir con un nuevo blanco
Pedro Castro‐Borges
Cloruros (extracción y determinación)
Determinación del blancoPedro Castro‐Borges
Cloruros (extracción y determinación)
Segunda parte : Valoración de las muestras.
1. Tomar 2 muestras de 50 ml c/u .
2. Adicionar 1 ml de Nitrato de sodio 5 M. (para romper la tensión superficial).
3. Agitar a velocidad constante en una placa de agitación, introducir los electrodos en lasolución , poner el botón del conductimetro en mV y cuando el potencial se estabilice(después de 1 minuto) tomar la lectura del potencial (E1).
4 Adicionar 5 ml de solución estándar (Cloruro de Sodio 0 01M*) sin detener la4. Adicionar 5 ml de solución estándar (Cloruro de Sodio 0.01M ), sin detener laagitación, y tomar la lectura cuando el pontencial sea estable (E2).
Pedro Castro‐Borges
Cloruros (extracción y determinación)
La molaridad del estándar dependerá de la concentración de la muestra.
Para saber si se esta empleando la solución estándar adecuada tomar los siguientesi icriterios:
a) El estándar es correcto si la diferencia de potencial (E1‐E2) está en el rango de 6‐60 mV.
b) Si la diferencia de potencial (E1 E2) de las muestras es mayor de 60 mV el estándarb) Si la diferencia de potencial (E1‐E2) de las muestras es mayor de 60 mV , el estándardebe ser más diluido (por ejemplo de 0.01 M a 0.001 M) .
c) Si la diferencia de potencial (E1‐E2) de las muestra es menor de 5 mV, el estándardebe ser más concentrado (por ejemplo 0.01 M a 1 M)
Pedro Castro‐Borges
Cloruros (extracción y determinación)
Determinación de la muestra
Determinación de la muestra
Cloruros (extracción y determinación)
La concentración de cloruros en la muestra se obtiene:
Cmuestra = Q x Cestándar.
Donde:
Cmuestra = Concentración de la muestra
Cestándar = Concentración del estándar.
Q = Depende del volumen y el cambio de potencial.
Pedro Castro‐Borges
Cloruros (extracción y determinación)
pQ
pES
=( ) *1 10 1p S+ −( ) *1 10 1
donde :
E = E1 – E2.
S = pendiente del electrodo.
P = volumen del estándar entre el volumen de la muestra (5ml/50ml).
Pedro Castro‐Borges
Cloruros (extracción y determinación)
Los resultados se expresan en %Cl en concreto.
%Cl = mg Cl x 100 / peso de la muestra
%Cl = ppm Cl /200.
Pedro Castro‐Borges