Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C.
CARACTERIZACIÓN ELECTROQUÍMICA DEL ACERO
AL CARBONO E INOXIDABLE EN SOLUCIONES
CONCENTRADAS CON EXTRACTO DE CEMENTO.
TESIS
Que para obtener el Grado de:
Maestría en Ciencias de Materiales.
Presenta:
Ing. Isabel Lucero García.
Egresada del Programa de Maestría en Ciencia de Materiales con el
acuerdo de Reconocimiento de Validez oficial de estudios 295125.
Chihuahua, Chih. México Enero 2014.
Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C.
CARACTERIZACIÓN ELECTROQUÍMICA DE
LOS ACEROS AL CARBONO E INOXIDABLE 304 EN
SOLUCIONES CONCENTRADAS CON EXTRACTO DE
CEMENTO.
TESIS
Que para obtener el Grado de:
Maestría en Ciencias de Materiales.
Presenta:
Ing. Isabel Lucero García.
Directores de Tesis:
M.C. Adán Borunda Terrazas
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mis asesores de Tesis de Maestria la direccion y el
apoyo otorgado para la realizacion de estre proyecto:
- M.C. Adán Borunda Terrazas.
-Dr. Facundo Almeraya Calderón.
A los integrantes del comité revisor, por sus valiosos y amables
comentarios, que contribuyeron para la presentacion final de este
trabajo de tesis:
-Dr. José Guadalupe Chacon Nava.
-Dr. Alberto Martínez Villafañe
-M.C. Victor Manuel Orozco.
Al Centro de Investogacion en Materiales Avanzados, S.C.
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia.
DEDICATORIA
A las personas que me han dado todo y siempre han sido un
ejemplo a seguir, mis padres:
JUANA VICTORIA GARCÍA Y JESUS LUCERO BEJARANO.
A mis hermanos que quiero mucho y siempre me han apoyado en
los buenos y malos momentos:
ANTONIO, VICTOR, JESUS, IVETTE Y LESLIE.
A quienes Amo y comparto mi vida:
EDGAR ARREOLA LUNA Y BRAULIO DAMIAN ARREOLA LUCERO.
ÍNDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………….1
1. OBJETIVOS…………………………………………………………………………………2
1.1 OBJETIVO GENERAL…………………………………………………………………2
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS……………………………………………………….2
2. MARCO TEORICO……………………………………………………………………….3
2.1 ASPECTOS GEMNERALES…………………………………………………………3
2.1.1 ESTRUCTURAS DEL CONCRETO……………………………………………3
2.1.1.1 CONCRETO…………………………………………………………………………3
2.1.1.2 AGREGADOS………………………………………………………………………9
2.1.1.3 CEMENTO…………………………………………………………………………11
2.1.1.4 AGUA………………………………………………………………………………..15
2.1.1.5 DOSIFICACION…………………………………………………………………15
2.1.2 CARACTERISTICAS DEL CONCRETO QUE AFECTA A LA
CORROSION……………………………………………………………………………….…17
2.2 NATURALEZA ALCALINA DEL CONCRETO……………………………..20
2.3 SOLUCIONES PORO DEL CONCRETO…………………………………….23
2.3.1 NATURALEZA POROSA DEL CONCRETO…………………………….24
2.4 ACERO 1018……………………………………………………………………………27
2.5 TECNICAS ELECTROQUIMICAS……………………………………………..27
2.5.1 GENERALIDADES…………………………………………………………………27
2.5.2 MEDICION DE POTENCIALES……………………………………………..29
2.5.3 RUIDO ELECTROQUIMICO………………………………………………….31
2.5.4 CURVAS CICLICAS DE POLARIZACION……………………………..41
3 METODOLOGIA EXPERIMENTAL……………………………………………….46
3.1 REVISION BIBLIOGRAFICA…………………………………………………..46
3.2 MATERIAL Y EQUIPO………………………………………………………………46
3.2.1 PREPARACION DE LAS PROBETAS…………………………………….46
3.2.2 CONSTRUCCION DE LAS CELDAS ELECTROQUIMICAS…….47
3.2.3 EQUIPO……………………………………………………………………………….48
3.2.4 ELABORACION DE SOLUCIONES PORO……………………………..48
3.3 MEDICIONES DE Ph……………………………………………………………….50
3.4 PRUEBAS ELECTROQUIMICAS……………………………………………….51
3.5 MICROSCOPIA ELECTRONICA DE BARRIDO…………………………52
3.6 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA TECNICA DE
EXPERIMENTACION……………………………………………………………………..64
4 RESULTADOS…………………………………………………………………………….67
4.1 RUIDO ELECTROQUIMICO…………………………………………………….67
4.2 CURVAS DE POLARIZACION………………………………………………….83
4.3 ANALISIS DE CURVAS DE POLARIZACION RELACIONADOS
CON RUIDO ELECTROQUIMICO………………………………………………..…96
5 CONCLUSIONES……………………………………………………………………..108
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS……………………………………………….110
ÍNDICE DE FIGURAS.
1.1 Representacion del agua presente en los poros capilares del
concreto………………………………………………………………………………………………13
1.2 Arreglo caracteristico de la medicion para Ruido
Electroquimico…………………………………………………………………………………….15
1.3 Esquema eléctrico de un sistema de tres electrodos empleado para la
medición de Ruido Electroquímico……………………………………………………..23
1.4 Registros V(t) correspondientes a sistema bajo; (a) corrosion
uniforme; (b) corrosion localizada y (c) estado
pasivo……………………………………………………………………………………………………25
1.5 Registros I(t) correspondientes a sistema bajo; (a) corrosion uniforme;
(b) corrosion localizada y (c) estado pasivo………………………………………26
1.6 Indices de suceptibilidad a la corrosion por picaduras, deducidass de la
curva ciclica de polarización………………………………………………………………..29
1.7 Representación esquematica de los diferentes procedimientos para
determinar los potenciales criticos del ataque por
picaduras……………………………………………………………………………………………..33
1.8 Probeta de un acero encapsulado en resina……………………………………...45
1.9 Pulidora ECOMET 3………………………………………………………………………………46
1.10 Arreglo experimental…………………………………………………………………………..50
1.11 Potenciostato Gill 8……………………………………………………………………………..52
1.12 La mazcla 1:1 cemento-agua como se observa en la figura (a)
filtrandose 24 hrs para obtener el extracto de cemento figura
(b)………………………………………………………………………………………………………….54
1.13 Medicion de Ph……………………………………………………………………………………..57
1.14 Microscopio Electronico de Barrido……………………………………………………...61
1.15 Morfología de superficie en H20 en el acero 1018………………………………67
1.16 Morfología de superficie en Ca(OH)2 1 Molar en el acero 1018………….68
1.17 Morfología de superficie en Ca(OH)2 2 Molar en el acero 1018………….69
1.18 Morfología de superficie en Ca(OH)2 + NaCl en el acero 1018…………..70
1.19 Morfología de superficie en CPO + H2O en el acero 1018…………………71
1.20 Morfología de superficie en CPO + H2O + NaCl en el acero 1018.
1.21 Morfología de superficie en H20 en el acero 304.
1.22 Morfología de superficie en Ca(OH)2 1 Molar en el acero 304.
1.23 Morfología de superficie en Ca(OH)2 2 Molar en el acero 304.
1.24 Morfología de superficie en Ca(OH)2 + NaCl en el acero 304.
1.25 Morfología de superficie en CPO + H2O en el acero 304.
1.26 Morfología de superficie en CPO + H2O + NaCl en el acero 304.
1.27 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del H2O en
el acero 304.
1.28 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del Ca(OH)2
1 Molar en el acero 304.
1.29 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del Ca(OH)2
2 Molar en el acero 304.
1.30 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del
Ca(OH)2 + NaCl en el acero 304.
1.31 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del CPO +
H2O en el acero 304.
1.32 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del CPO +
H2O + NaCl en el acero 304.
1.33 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del H2O en
el acero 1018.
1.34 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del Ca(OH)2
1 Molar en el acero 1018.
1.35 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del Ca(OH)2
2 Molar en el acero 1018.
1.36 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del
Ca(OH)2 + NaCl en el acero 1018.
1.37 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del CPO +
H2O en el acero 1018.
1.38 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del CPO +
H2O + NaCl en el acero 1018.
1.39 Efecto del H2O en el acero 304 para la Curva de Polarización Cíclica.
1.40 Efecto del Ca(OH)2 1 Molar en el acero 304 para la Curva de
Polarización Cíclica.
1.41 Efecto del Ca(OH)2 2 Molar en el acero 304 para la Curva de
Polarización Cíclica.
ÍNDICE DE TABLAS
2.1 Composición de los cementos…………………………………………….21
2.2 Compuestos del cemento……………………………………………………23
I INTRODUCCION
La corrosión de los refuerzos metálicos inmersos en la estructura del
concreto, consiste en una oxidación del acero provocada por el medio que lo
rodea, especialmente por contaminantes como el cloro el CO2 y los
sulfatos entre otros.
Debido a su propia constitución, el concreto contiene una gran cantidad de
poros, los cuales pueden estar interconectados, siendo permeable a líquidos
y gases. Lo anterior es de gran importancia para el proceso de corrosión del
acero de refuerzo, ya que tanto el oxígeno como el agua pueden difundirse
hacia el acero a través de la masa de concreto.
El concreto confiere al acero una protección de doble naturaleza por un lado,
es una barrera física que lo aísla bastante del medio ambiente y por otro, el
líquido encerrado en los poros del concreto es un electrolito que lo pasiva de
forma duradera.
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar el comportamiento y la velocidad de corrosión de una varilla de
refuerzo 1018 y de un acero inoxidable 304 expuestos a diferentes
soluciones poro de concreto, por medio de técnicas electroquímicas.
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar la velocidad de corrosión de un acero al carbono 1018 y un acero
inoxidable 304 en soluciones poro de concreto por medio de Ruido
Electroquímico y Curvas de Polarización.
Caracterizar por medio del Microscopio Electrónico de Barrido los oxidos
formados sobre las varillas expuestas a diferentes soluciones, con el fin de
determinar su influencia en el deterioro de las varillas.
2
2. MARCO TEORICO
2.1 ASPECTOS GENERALES
2.1.1 ESTRUCTURAS DE CONCRETO:
El uso del concreto en estructuras está tomando mucho auge debido a su
disponibilidad, su precio y su versatilidad y, por supuesto, como cualquier
material de construcción, tiene sus características propias y únicas. Por lo
mismo, es importante conocer la composición, propiedades y características
generales de este material.
2.1.1.1 Concreto
El material de construcción más utilizado en la actualidad es el concreto
(material discontinuo, duro y de alta densidad), que junto con las varillas de
acero forman el sistema conocido como concreto reforzado, que presenta
excelentes propiedades mecánicas a la tensión y a la compresión, que le
imparten sus elementos constitutivos.
Se define como concreto a una piedra artificial que se obtiene de mezclar
materiales inertes (arena y grava) con un cementante, el cual es capaz de
reaccionar con el agua endureciéndose y aglutinando a las partículas que
forman el material inerte. En el proceso de formación pasa de fluido a seco y
a través del tiempo va adquiriendo resistencia a medida que las reacciones
entre el agua y cementante van progresando. Podría decirse también que la
formación de un concreto se obtiene mediante la adición sucesiva de los
cuatro elementos fundamentales que lo integran, es decir:
cemento
lechada = cemento + agua
mortero = cemento + agua + arena
concreto = cemento + agua + arena + grava
La mezcla íntima de los cuatro elementos que forman un concreto, está
regida por relaciones bien conocidas, las cuales dan a la mezcla resultante
las características deseables y de la combinación de ellas dependerá la
obtención de un producto (concreto) que satisfaga los requisitos necesarios
de estabilidad y durabilidad de una estructura dada 1.
Las relaciones antes citadas se refieren a: relación agua/cemento, relación
grava/arena y granulometría, mismas que redundarán en los aspectos de
resistencia, compacidad y manejabilidad, requisitos indispensables de un
concreto bien elaborado.
Existen dos tipos de concretos el reforzado y el preforzado. El concreto
reforzado es aquel en el cual después de vaciarse la mezcla se sumergen en
las varillas de acero ó previamente situadas las estructuras de varillas se
embeben en el concreto. El preforzado es como el anterior, solo con la
diferencia de que antes de vaciar la mezcla las varillas son tensionadas.
Las propiedades mecánicas del concreto endurecido pueden
clasificarse como:
1. Propiedades instantáneas o de corta duración
2. Propiedades de larga duración.
Entre las primeras se encuentran resistencia en compresión, tensión y
cortante y rigidez medida por el módulo de elasticidad. Las propiedades de
larga duración pueden clasificarse en términos de flujo plástico y
contracción.
a) Resistencia a la compresión (fc). Las resistencias a compresión del
concreto pueden llegar a obtenerse hasta de 14 000 psi o más,
dependiendo del tipo de mezcla, las propiedades del agregado y el tiempo
y calidad del curado. La producción comercial del concreto con agregado
ordinario está en el rango de 300 a 10 000 psi, siendo las resistencias del
concreto más comunes en el rango de 3 000 a 6 000.
b) Resistencia a la tensión (fct). La resistencia a la tensión es
relativamente baja. Una buena aproximación para la resistencia a la
tensión es 0.10 fc fct 0.20 fc. Es más difícil medir la resistencia a la
tensión que la resistencia a la compresión debido a los problemas de
agarre de las máquinas de prueba.
c) Resistencia al cortante. La resistencia al cortante es más difícil de
determinar experimentalmente comparada con las pruebas de las
resistencias anteriores, debido a la dificultad de aislar el cortante de otros
esfuerzos. Esta es una de las razones de las grandes diferencias en los
valores de la resistencia al cortante mencionados en la literatura,
variando desde el 20% de la resistencia a la compresión bajo caja normal
hasta un porcentaje bastante mayor del 85% de la resistencia a la
compresión en los casos donde exista cortante directo en combinación
con la compresión. El control de un diseño estructural por resistencia al
cortante es importante solamente en casos muy raros, ya que los
esfuerzos cortantes se limitan siempre a valores bajos a fin de proteger al
concreto de una falla por tensión diagonal.
d) Módulo de elasticidad. Debido a que la curva esfuerzo-deformación es
curvilínea a una etapa muy temprana de su historia de carga, el módulo
de elasticidad de Young se aplica únicamente a la tangente de la curva en
el origen. La pendiente inicial de la tangente a la curva se define como el
módulo de tangente inicial y es también posible construir un módulo
tangente en cualquier punto de la curva. El módulo secante de elasticidad
del concreto se determina con la pendiente de la línea recta que une al
origen con un esfuerzo dado. Este valor, llamado en el cálculo del diseño
módulo de elasticidad, satisface la suposición práctica de que las
deformaciones que ocurren durante la carga pueden considerarse
básicamente elásticas (completamente recuperables en la descarga) y
que cualquier deformación posterior debida a la carga se considera como
flujo plástico.
e) Contracción. Existen dos tipos de contracción: contracción plástica y
contracción por desecación. La contracción plástica ocurre durante las
primeras horas después de colocar el concreto fresco en los moldes. Las
superficies expuestas tales como losas de piso son las más afectadas por
la exposición al aire seco debido a su gran superficie de contacto. En tales
casos, la humedad de la superficie de concreto se evapora rápidamente
antes de ser reemplazada por el agua exudada de las capas más bajas de
los elementos de concreto. La contracción por desecación ocurres
después de que el concreto ha alcanzado su fraguado final y se ha
completado una buena parte del proceso químico de hidratación en el gel-
cemento
La contracción por desecación es la disminución en el volumen de un
elemento de concreto cuando éste pierde humedad por evaporación. El
fenómeno opuesto, esto es, el aumento de volumen a través de la
absorción de agua, se llama esponjamiento. En otras palabras, la
contracción y el esponjamiento representan un movimiento de agua fuera
o dentro de la estructura del gel de un espécimen de concreto debido a la
diferencia en los niveles de humedad o saturación entre el espécimen y el
medio prescindiendo de la carga externa.
f) Flujo plástico. El flujo plástico o fluencia del material lateral es un
incremento en deformación respecto al tiempo debido a una carga
sostenida. La deformación inicial debida a la carga de deformación
elástica, mientras que la deformación adicional debida a la misma carga
sostenida es la deformación por flujo plástico. Esta suposición práctica es
aceptable ya que la deformación inicial registrada incluye pocos efectos
dependientes del tiempo2.
2.1.1.2. Agregados
Se definen como tales los materiales pétreos que mezclados con agua y
cemento forman el concreto, se dividen en dos tipos generales: arena y
grava.
Arena es el material que pasa a través de un tamiz No. 4, que tiene 4.7 mm
(3/16”) de abertura entre hilos. Grava es el material que queda retenido en
el tamiz No. 4 y pasa por un tamiz de 150 mm (6”).
Los agregados pueden encontrarse en depósitos formados por corrientes
naturales de agua o bien, obtenerse de canteras. Según su forma los
agregados pueden dividirse en tres tipos:
Material de canto rodado (boleo)
Material triturado (aristas vivas)
Material de canto rodado y triturado (mixto)
Es canto rodado (boleo) el proveniente de los cauces de los ríos; este
material es identificado como boleo precisamente por su forma. Es el
material con el cual se pueden producir concretos que reúnan las mayores
ventajas (manejabilidad y economía), por lo que debe preferirse sobre
cualquier otro tipo, siempre y cuando satisfaga las especificaciones de
calidad, tamaño necesario y bajo costo de explotación.
El material triturado (aristas vivas), proveniente de canteras y molido
posteriormente, se utilizará cuando no fuere posible o económico emplear
cualquiera de los otros dos tipos, ya que origina altos consumos de cemento
y concretos de poca manejabilidad con un costo de explotación más alto que
el del material boleo.
El material mixto proviene de los cauces de los ríos, arroyos, etc., aun
cuando este material está ya influenciado por una operación mecánica
(trituración) se debe considerar como un tipo aparte de los anteriores por su
forma combinada. Este tipo de material puede considerarse como transición
entre el boleo y el triturado. Es de buena clase, y el más comúnmente
usado. Para su utilización económica, hay que determinar un límite de la
parte triturada. Este material permite controlar hasta cierto punto, las
cantidades necesarias de cada tamaño sin desperdiciar nada de lo extraído,
lo cual representa una economía.
2.1.1.3. Cemento
El cemento es un producto industrial, obtenido de la pulverización fina del
Clinker, este último producido mediante la calcinación a fusión incipiente de
una mezcla íntima y adecuadamente proporcionada de materiales calizos y
arcillosos, sin adiciones subsecuentes a la calcinación, excepto de agua y
yeso calcinado o sin calcinar 3, que se fabrica de acuerdo con normas
perfectamente establecidas, por lo que sus variaciones son limitadas para un
mismo tipo.
Los tipos establecidos hasta ahora, de acuerdo con las normas nacionales,
son los siguientes:
Tipo I, común o normal
Tipo II, modificado
Tipo III, alta resistencia rápida
Tipo IV, bajo calor
Tipo V, alta resistencia a los sulfatos
Estos diferentes tipos corresponden al cemento Portland. Sus componentes
son los mismos, siendo variable la proporción en que se encuentran y la
finura a que se lleva la molienda. En la tabla 1.1, se muestran las
composiciones de los cementos:
Compuestos Tipo I
Común
Tipo II
Modificado
Tipo III
R. Rápida
Tipo IV
Bajo calor
Tipo V
R.
Sulfatos
C3S 48 44 51 30 46
C2S 22 29 16 46 32
C3A 10 6 12 5 3
C4AF 8 11 7 13 12
SUMA 88 90 86 94 93
Tabla 1.1. Composición de los cementos.
Compuest
o
Fórmula
química
Nomenclat
ura común
Características
Silicato
tricálcico
3CaOSiO2 C3S Responsable de las resistencias a
primeras edades, hasta los 28 días
aproximadamente.
Silicato
dicálcico
2CaOSiO2 C2S Responsable de las resistencias a
edades avanzadas. De 28 días en
adelante.
Aluminato
tricálcico
3CaOAl2O3 C3A Genera mucho más calor que una
cantidad igual de los otros
componentes. Es responsable de la
variación de volumen, formación de
grietas, y ataque a los sulfatos.
Ferroalumin
ato
tetracálcico
4CaOAl2O3
Al2O3
C4AF Poca influencia en la resistencia.
Tabla 1.2. Compuestos del cemento.
Otra clase de cemento que existe es el Portland - Puzolana, que se obtiene
por la molienda simultánea de clinker portland y puzolana.
Se entiende por puzolana, en sentido estricto, el producto natural de origen
volcánico que, finamente dividido, no posee ninguna propiedad hidráulica,
pero contiene constituyentes (sílice y alúmina) capaces de fijar la cal a la
temperatura ambiente en presencia de agua, formando compuestos de
propiedades hidráulicas. En sentido amplio, el término puzolana se aplica
también a otros productos artificiales, o naturales de origen no volcánico,
que tienen análogas propiedades, tales como las cenizas volantes, la tierra
de diatomeas y las arcillas activadas 4:
Estos cementos se obtienen moliendo, en la fábrica, puzolana junto con el
clínker en una proporción que queda sujeta al criterio del fabricante, pero
que varía entre 10 y 20% de puzolana con respecto al peso de cemento. En
las condiciones actuales de producción nacional sólo es posible disponer
regularmente de los cementos portland-puzolana tipos Puz-1 y Puz-2.
Además de la composición química, los cementos se diferencian por su finura
de molienda. Una finura alta representa mayor velocidad en la generación de
calor en el fraguado (endurecimiento) y en mayor demanda de agua de
mezclado en el concreto, cuyas consecuencias son indeseables porque se
traducen en mayores cambios volumétricos del concreto y posibles
agrietamientos en las estructuras.
Los componentes que más influyen en las características del cemento son los
silicatos dicálcico y tricálcico, de ellos depende esencialmente la
característica de resistencia del material, y puede afirmarse que las
resistencia a edades tempranas las origina el tricálcico.
El aluminato tricálcico es el principal contribuyente a la elevación de
temperatura durante el fraguado. La excesiva generación de calor hace más
difícil su disipación, lo cual puede originar agrietamientos en la masa de
concreto.
Otro aspecto que influye en la obtención de altas resistencias en el material
a tempranas edades, es la finura del cemento. Sin embargo por otra parte,
los cementos más finos son los más eficientes, porque presentan mayor
superficie de contacto con el agua, originando una mayor velocidad de
hidratación, por lo que la finura debe más bien mediarse para evitar los
extremos.
Un proceso de molienda defectuoso puede originar la deshidratación parcial
del yeso y esto ser la causa de que en la elaboración del concreto se
presente el llamado “fraguado falso”. La función del yeso (integrante del
cemento), es solamente la de regular el fraguado.
Los cementos llamados de “rápida resistencia alta”, proporcionan en poco
tiempo las mismas resistencias que los comunes dan hasta después de
algunos días; esto se debe a la mayor rapidez de hidratación causada por su
gran finura. Los tiempos de fraguado, inicial y final de estos cementos, no se
modifican.
2.1.1.4. Agua
El agua es el elemento con el cual se verifican las reacciones de los diversos
componentes del cemento. A tal respecto, fuera del agua potable, que
ampliamente satisface los requisitos de calidad, cualquier otra mezclada con
arcilla, sales solubles, agua dura o con presencia de materia orgánica,
siempre provoca descensos en las resistencias finales de los concretos,
pudiendo llegar hasta la desintegración de los mismos. Sin embargo, no
todas las aguas que no son aptas para beber deben rechazarse, para ello
conviene conocer su composición química y la resistencia de morteros
hechos con ellas comparativamente a estos hechos con agua potable. Si el
agua en estudio da resistencias mayores del 85% de las obtenidas con agua
potable, puede aceptarse como buena.
2.1.1.5. Dosificación
Se llama dosificación a la relación de cantidades que deben mezclarse para
la preparación de un concreto: cemento con o sin adicionantes, agua y
agregados (grava y arena). Se deben tener presentes, aunque sea en forma
general, todos aquellos aspectos que pueden influir en la mezcla resultante:
distintas calidades de cemento, desarrollo de su resistencia en función del
tiempo, la cantidad de agua en función del cemento usado y granulometría
de los agregados dentro del tamaño máximo permitido.
Las proporciones para el concreto deben seleccionarse con objeto de usar los
materiales disponibles en la forma más económica, produciendo concreto de
la trabajabilidad, durabilidad y resistencia requeridas. Se han establecido
algunas relaciones que proporcionan una guía para obtener las
combinaciones óptimas, pero las proporciones definitivas deben fijarse
mediante tanteos y ajustes en el campo.
Las proporciones de la mezcla para producir concreto, deben seleccionarse
de acuerdo con 3:
a) La consistencia más rígida (cantidad máxima de agregado grueso) que
pueda ser colocada eficientemente con compactación para producir una
masa homogénea.
b) El tamaño máximo de agregado económicamente disponible y compatible
con una colocación satisfactoria mediante compactación.
c) Durabilidad adecuada para resistir satisfactoriamente al intemperismo y
otros agentes destructivos a que pueda estar expuesta.
d) Resistencia suficiente para soportar sin peligro de falla, las cargas a que
vaya a estar sujeto.
2.1.2 Características del concreto que afectan a la corrosión.
Antes de continuar, se debe tener claro que la parte que se deteriora en las
estructuras de refuerzo es la varilla y no el concreto, en seguida se revisará
la forma en que las diferentes características del concreto influyen en la
velocidad y extensión con que se presenta la oxidación en el metal:
a) Tipo de cemento. La composición química del clínker Portland,
como anteriormente se menciono, se define mediante la identificación
de cuatro componentes principales, cuyas variaciones relativas
determinan los diferentes tipos de cemento Portland:
Silicato tricálcico (C3S).
Silicato dicálcico (C2S).
Aluminato tricálcico (C3A).
Ferroaluminato tetracálcico (C4AF).
Los silicatos de calcio son los compuestos más deseables porque al
hidratarse forman los silicatos hidratados de calcio (que son los
responsables de la resistencia mecánica y otras propiedades del
concreto) y el hidróxido de calcio (Ca(OH)2) que le da al concreto su
alta alcalinidad.1
1Es esta alcalinidad la que le brinda al concreto su principal característica protectora contra la corrosión del acero.
Un cemento Portland bien hidratado puede contener del 15 al 30 % de Ca(OH)2 con respecto al peso del cemento
original; esto es suficiente, en general, para mantener un pH en el concreto mayor de 13, independientemente del
contenido de humedad.
El C3A es tal vez el compuesto que se hidrata con mayor rapidez y por
ello propicia mayor velocidad en el fraguado y en el desarrollo del calor
de hidratación en el concreto. Asi mismo, su presencia en el cemento
hace al concreto más susceptible de sufrir daño por el ataque de
sulfatos. El C3A se combina con los cloruros y forma cloroaluminato de
calcio que es insoluble y no contribuye a la corrosión; de esta manera,
los cementos con alto contenido de C3A pueden fijar una mayor
proporción de cloruros dentro del concreto, disminuyendo así su grado
de corrosividad. Este desempeño parece invalidar el uso indiscriminado
del cemento Tipo V para concretos expuestos al agua de mar, en cuyo
caso suele recomendarse preferiblemente el uso de cemento portland
Tipo II porque da protección contra un moderado ataque de sulfatos
sin aumentar el riesgo de corrosión del refuerzo como puede ocurrir
con el cemento Tipo V [5]. Sin embargo, recientes investigaciones [6]
han demostrado que contenidos de C3A de 8.60 % o mayores no son
efectivos en reducir la penetración de cloruros cuando el concreto se
encuentra sumergido en agua marina, otros estudios de estas mismas
investigaciones encontraron mayores daños por causa de la corrosión
asociados con altos contenidos de C3A. Por todo ello se tiende a
limitarlo en la medida que es compatible con el uso al que esté
designado el cemento.
El C4AF es un compuesto relativamente inactivo, pues contribuye poco
a la resistencia del concreto y su presencia sólo es útil porque favorece
la hidratación de los otros compuestos. Durante la elaboración del
clínker Portland en sus cinco tipos normalizados, se realizan ajustes
para regular la presencia de dichos compuestos [7].
b) Los agregados pétreos. Tienen poco efecto en la corrosión del
acero, excepto cuando se encuentran contaminados por sales de
cloruros, contribuyendo así a la presencia de la corrosión. Aunque sus
características físicas y químicas también influyen en la calidad y
durabilidad del concreto. Además, si los agregados son muy reactivos
(reaccionando con el cemento o con álcalis, por ejemplo), pueden
provocar agrietamientos que dañan la integridad del concreto y por los
cuales los agentes de la corrosión penetrarán con facilidad.
c) Humedad. Sirve de solución electrolítica en el proceso de corrosión,
además, afecta la resistividad eléctrica del concreto, aumentándola
conforme éste se seca. Sin embargo, un alto contenido de humedad
reducirá grandemente la velocidad de difusión del CO2 que proveniente
del medio ambiente y, por ello, la velocidad de carbonatación.
d) Calidad del concreto. La calidad del concreto depende de las
proporciones empleadas en el mezclado, a mayor calidad, éste
proveerá una mejor protección contra la corrosión. Una baja relación
agua-cemento2 reducirá la permeabilidad3 y el volumen de vacíos del
concreto, limitando de esta manera la difusión del CO2, cloruros y O2.
La permeabilidad del concreto depende en términos generales de su
porosidad y ésta a su vez puede ser regulada por medio de ajustes en
la relación a/c con que se elabora. De esta manera, la relación a/c
constituye el principal parámetro de la permeabilidad intrínseca del
2En estructuras expuestas a ambientes marítimos no se recomiendan relaciones agua-
cemento mayores de 0.40 [15]. 3La permeabilidad al agua y a los cloruros del concreto es el principal factor que influencia la
corrosión, pues afecta la velocidad de difusión y la concentración de sales disueltas, de O2,
de CO2 y de agua.
concreto y de la correspondiente resistencia que opone a ser
penetrado por líquidos y gases.
Un concreto de mayor resistencia durará más tiempo sin presentar
agrietamientos que aceleren la corrosión y sin ser dañado por ésta.
Una última ventaja de los concretos de buena calidad es la
extremadamente baja velocidad de carbonatación que presentan.
e) Espesor de recubrimiento sobre las varillas de refuerzo. El
recubrimiento de concreto debe ser lo mayor posible, compatible con
la economía y el uso de la estructura, ya que entre mayor profundidad
tengan que recorrer los cloruros, CO2 y O2, su concentración será
menor. Un espesor de recubrimiento adecuado para ambientes con
condiciones de moderadas a severas sería de al menos 38 mm (1
1/2”) y de preferencia de 50 mm (2”) [7].
f) Carbonatación. La carbonatación ocurre cuando el Ca(OH)2
proveniente de la hidratación de cemento reacciona con el CO2,
reduciendo su pH hasta un nivel de 8.5. A este nivel ya puede
presentarse la corrosión debido a que se destruye la película
protectora sobre el acero, perdiendo éste su pasividad.
2.2 Naturaleza alcalina del concreto.
Desde el punto de vista del comportamiento electroquímico del acero en el
concreto, la más significante característica del concreto es que durante la
hidratación del cemento la fase acuosa rápidamente adquiere un alto valor
de pH [19].
Cuando se mezclan agua, cemento Portland y agregados en la fabricación
del concreto, el polvo de cemento que está compuesto primordialmente por
partículas de silicato tricálcico, sufre una disolución superficial al contacto
con el agua de acuerdo a la siguiente reacción:
3CaO.SiO2 + 3H2O 3Ca2+ + 4OH- + H2SiO42-
En esta etapa la solución producida adquiere un pH alto porque además de
que los iones arriba mencionados, entre ellos el hidroxilo contiene también
álcalis solubles (Na+ y K+) propios a la composición química del cemento. La
concentración de todos estos iones está limitado por el producto de la
solubilidad de las especies, que cuando se alcanza, inicia la precipitación de
las fases sólidas, fraguado, de acuerdo a las siguientes reacciones [20][21].
H2Sio42- + Ca2+ +OH- + H20 (CaO)X (SiO2)Y (H20)Z
Gel C-S-H (4)
Ca2+ + 2OH- Ca (OH)2
Portlandita
4Los subíndices son porque estos productos son no estequiometricos, lo que permite que su
estructura cristalina sea muy variada y las abreviaciones C-S-H se refieren a C=CaO, S=SiO2 y H=H20
en la química del cemento [21].
El tiempo que pasa desde la disolución inicial hasta que se alcanza la
concentración critica necesaria para la precipitación de las fases solidas es lo
que se llama el tiempo de inducción de aproximadamente 2 horas, tiempo
durante el cual la consistencia semifluida (suspensión) del concreto
permanece constante, conservando propiedades que le permiten fluir y ser
bombeado o colado en las estructuras [20] [21].
Este proceso global de disolución del cemento y precipitación de los silicatos
de calcio hidratados (gel C-S-H) y la Portlandita Ca (OH)2 es usualmente
conocido como hidratación del cemento.
Se considera que el crecimiento de los silicatos de calcio hidratados se le
denomina gel C-S-H, es la base del proceso de la unión del cemento
(estructura), debido a que se forman puentes, coalescencia, entre las
partículas adyacentes como son los granos de cemento, agregados o la
superficie del acero [21].
Después de las reacciones de precipitación la concentración de los iones
disminuye excepto la de los álcalis que quedan en solución en forma de
hidróxidos conservando el pH del concreto entre valores de 12 y 13.5.
Como se puede ver el concreto posee una naturaleza alcalina desde el
momento mismo del mezclado debido a la Portlandita soluble y a tiempos
más largos debido a los álcalis solubles presentes en el cemento y que se
encuentran en equilibrio iónico [22] con los iones hidroxilo en la fase acuosa
del concreto; y como se verá más adelante son los que determinan el
comportamiento pasivo del acero de refuerzo.
2.3 Soluciones Poro de Concreto
La sinergia del concreto con el acero se basa en que el concreto provee al
refuerzo de una protección tanto química como física contra la corrosión. La
protección química se debe a la alcalinidad del concreto, la cual produce una
capa de óxido (del orden de un par de nanómetros) en la superficie del
acero, impidiendo que este continúe corroyéndose. A este fenómeno se le
denomina Pasividad [16], ya que la capa de óxido evita la propagación de la
corrosión del acero. Esta alcalinidad del concreto se debe, principalmente, al
hidróxido de calcio Ca(OH)2 que se forma durante la hidratación de los
silicatos (C2S, C3S, C3A, C4AF) del cemento y a los álcalis (sodio y potasio)
que pueden estar incorporados como sulfatos en el Clinker [17]. Estas
sustancias sitúan el pH de la fase acuosa contenida en los poros en los
valores entre 12 y 14 es decir, en el extremo más alcalino de la escala de
pH. El concreto también funciona como una capa física protectora contra los
agentes ambientales (oxigeno, agua, cloruros, dióxido de carbono) que
pudiera despacivar al acero e iniciar su corrosión.
La solución poro de concreto es entonces empleada para simular el entorno
químico presente en los poros del hormigón. Usando un dispositivo de
extracción de agua del poro para obtener la solución de los especímenes del
mortero, Diamond (Barneyback y Diamond 1981) demostró que el pH del
cemento hidratado es más alto que el de una solución de hidróxido de calcio,
contrario a lo que se pensaba anteriormente. El encontró que el agua del
poro era una solución de hidróxidos de sodio y de potasio, los cuales eran
responsables del alto pH en la solución del poro del concreto. Junto con el
hidróxido de calcio (Diamond 1981) [18].
2.3.1 Naturaleza porosa del concreto
El concreto recién mezclado (semifluido) a diferencia del concreto endurecido
no tiene una estructura definida hasta que fragua y endurece en el periodo
de curado, de hecho en estado semifluido tiene propiedades de transporte
de masa y de carga eléctrica (resistividad, ρ, del orden de 10-2 Ω.cm [23],
muy similares a las de cualquier electrolito líquido.
En el concreto endurecido se puede distinguir entre los agregados y la pasta
de cemento. Los agregados son considerados como el esqueleto o bastidor y
la pasta de cemento como el aglutinante que los mantienen unidos. De estas
dos fases la que tiene importancia desde el punto de vista electroquímico es
la pasta de cemento ya que es la que posee la naturaleza porosa. Los
agregados se consideran hasta cierto punto impermeables y con una
resistividad infinita (no conductores), por lo tanto los procesos de transporte
de carga y de masa en el concreto se van a dar en la pasta de cemento
primordialmente y no a través de los agregados [24].
La pasta de cemento posee poros de diferentes tamaños que se pueden
clasificar como poros de gel (0.2nm), propios del crecimiento de gel C-S-H,
poros capilares con un tamaño que varía desde 50nm hasta 1µm [25] y
huecos (> 10 µm) debido a la mala compactación del concreto.
La mayoría de estos poros y los más importantes desde el punto de vista de
la corrosión son los poros capilares, los cuales forman una red de millones
de poros interconectados entre si tal como lo muestra la figura 1.1.
Figura1.1 Representación del agua presente en los poros capilares del concreto.
La cantidad de estos poros está relacionada con la cantidad de agua que se
agrega al cemento durante el mezclado del concreto, relación a/c (relación
en peso agua-cemento). El máximo de agua que se combina químicamente
con el cemento en las reacciones de hidratación no es mayor que 0.24 su
peso, [22] pero usualmente se usa más agua en la dosificación de concretos
con relaciones a/c que varían entre 0.45 y 0.6, para alcanzar la
trabajabilidad deseada en el concreto recién mezclado. Por lo tanto, al final
de la hidratación del cemento los precipitados o fases solidas producidas no
son suficientes para rellenar los espacios que ocupa el agua extra cuando
esta se evapora, quedando por lo tanto una red de huecos o estructura
porosa [26].
En la figura [1] se puede observar que la humedad contenida en la
estructura porosa la más importante dese el punto de vista de la corrosión
es el agua evaporable o libre o solución-poro, la cual es rica en iones Na+,
K+, SO42+ y OH, ya que el agua absorbida en las paredes de los poros casi
no contribuye al fenómeno de transporte por estar sometida a ciertas
fuerzas de enlace [27].
Esta agua evaporable o solución-poro nunca alcanza un estado estable ya
que varía según la humedad del medio ambiente, por lo tanto también
variaran las propiedades de transporte, por eso se considera al concreto
como un electrolito que evoluciona con el tiempo [28].
El transporte de masa a través de los poros parcialmente saturados de agua
evaporable o solución poro se puede visualizar como un intenso transporte
de gases N2, O2, CO2, vapor de agua, y de iones que entran y salen de la
estructura gracias a cuatro mecanismos: capilaridad, permeación debida a
gradientes de presión, difusión debida a gradientes de concentración y
migración debida a gradientes de potencial eléctrico [28].
Es importante notar que el transporte de especies es un proceso hasta cierto
punto difícil por el punto de saturación de los poros y por los ciclos húmedo-
seco que modifican la cantidad de humedad en la red de poros [22] [25].
2.4 Acero 1018.
Las varillas de acero usadas como refuerzo en las estructuras de concreto
usualmente no se corroen aun cuando exista suficiente humedad y oxigeno
disponible. Esto se debe a la formación espontanea de una delgada película
protectora de óxidos (capa pasiva) en la superficie del acero.
Naturaleza porosa del Concreto en el acero 1018
La inherente porosidad del concreto es un factor crítico en la corrosión del
acero de refuerzo, pero en realidad no es la porosidad sino el contenido de
humedad dentro de los poros el factor desencadenante de la degradación del
acero, ya que representa el electrolito necesario para el proceso de
corrosión, y en muchos casos el medio a través del cual se transportan las
sustancias agresivas como los iones cloruro y el CO2.
2.5 Técnicas Electroquímicas de Monitoreo
2.5.1 Generalidades
Dado que la inmensa mayoría de los fenómenos de corrosión que afectan a
los materiales metálicos son de naturaleza electroquímica, han sido
propuestas y aplicadas diferentes técnicas electroquímicas a fin de analizar y
evaluar el proceso corrosivo de distintos sistemas, hecho que ha impulsado
notablemente el desarrollo de la ciencia de la corrosión y transformado
importantes consecuencias de orden práctico [29].
Los métodos electroquímicos experimentales se basan en la imposición de
una perturbación al sistema en estudio y la medida de la respuesta obtenida,
y se diferencian por sus características operacionales [30]. La estimación de
estas características operacionales, con el fin de obtener una información
específica, permite seleccionar el método electroquímico más conveniente
para dilucidar la cinética de una determinada reacción.
Una reacción electroquímica es una reacción química en la que hay
transferencia de electrones y iones; por lo tanto la corrosión ocurre en un
medio acuoso, entonces es un fenómeno de carácter electroquímico. La
corrosión electroquímica comprende a la corrosión atmosférica en aire
húmedo, a la producida por los suelos, o a la corrosión provocada por
medios electrolíticos y estructuras de concreto (agua de mar, soluciones
ácidas, sales y álcalis)[31].
La velocidad de cualquier proceso de corrosión es el resultado de un
mecanismo electroquímico. Para cuantificar este proceso se involucra la
medición de cargas eléctricas, donde los métodos electroquímicos
empleados, se basan en la excitación eléctrica exterior del sistema para
analizar su respuesta.
Algunas ventajas de los métodos electroquímicos son:
1) Tiempo de medición.
2) Alta fiabilidad.
3) Control continuo de la corrosión.
Sin embargo, en ocasiones se generan cambios en la estructura superficial y
en la rugosidad del material (formación de capas superficiales, adsorción y
absorción de hidrógeno, entre otras), debido a las perturbaciones que se
introducen al sistema.
2.5.2 Medición de Potenciales.
Este método proporciona un valioso respaldo a otras técnicas, y resulta ser
muy útil por sí solo, aun cuando no proporciona una medida directa de la
velocidad de corrosión o de la corrosión total. La información obtenida
mediante este método puede ser difícil o imposible de obtener por otros
métodos. Las medidas de potencial pueden desarrollar un papel fundamental
para controlar y prevenir el inicio de formas de corrosión localizadas
generalmente, para la integridad de la estructura o de la obra que se esté
monitoreando.
El monitoreo de potencial resulta ser una técnica termodinámica, en la cual
se relaciona el estado de corrosión y el potencial de corrosión de un metal,
como medida de inicio o de la severidad de corrosión. En el estado pasivo se
refleja un potencial de corrosión noble (velocidad de corrosión baja), y en el
estado activo para el mismo material refleja un potencial de corrosión menos
noble (velocidad de corrosión alta). Consecuentemente el potencial puede
ser monitoreado para mostrar si el material se corroe lenta o rápidamente.
El potencial de electrodo de un metal en presencia de un electrolito es el
potencial de aquél con respecto a un electrodo de referencia, el cual resulta
ser demasiado estable, no presenta variaciones con respecto a la
temperatura, ni siquiera se polarizan con el paso de corrientes débiles y
además sus propiedades no cambian con el tiempo. A pesar de su
importancia las mediciones de potencial han encontrado hasta hoy
aplicaciones limitadas principalmente por dos motivos:
1) Pueden ser seguidas solo en presencia de un electrolito.
2) Su interpretación requiere una experiencia particular y especializada.
2.5.3 Ruido Electroquímico (Rn)
La técnica de ruido electroquímico (Rn) mide las fluctuaciones espontáneas
del potencial o de la corriente de corrosión de un electrodo que se corroe
libremente [32]. Ya que es una técnica no destructiva que se utiliza para
medir la susceptibilidad de un sistema a sufrir corrosión localizada, de
hecho, esta técnica fue usada primeramente para estudiar corrosión por
picadura. Además de obtener información sobre el mecanismo del ataque
corrosivo y sobre la etapa de iniciación y propagación de la corrosión
localizada, también se puede determinar un ataque generalizado, es decir, la
Técnica de Ruido Electroquímico estudia las fluctuaciones en el tiempo como
consecuencia de los cambios de estado en el sistema estudiado es lo que
definimos como ruido [33]. Con este método no se altera el estado del
sistema en estudio, ya que no se aplica ninguna perturbación externa para
realizar las mediciones.
El ruido electroquímico es una poderosa técnica para el análisis de procesos
de corrosión, no solamente por ser una técnica no perturbativa (no requiere
introducir alguna variable al sistema electroquímico, como corriente o
voltaje), sino porque a partir del análisis de la información obtenida, se
puede deducir acerca del tipo de mecanismo que gobierna la corrosión, ya
sea uniforme o localizada [34].
En el monitoreo mediante la técnica de Ruido para el estudio de los
diferentes fenómenos de corrosión, se utiliza un equipo electroquímico
Potenciostato/galvanostato el cual utiliza un amperímetro de resistencia cero
(ZRA), con un arreglo característico de tres electrodos, sin embargo, el
arreglo eléctrico operacional para esta técnica cambia como se muestra en la
figura 1.2. En donde el electrodo de trabajo 2 corresponde a un material
totalmente inerte como el grafito o platino, o de lo contrario a un material
idéntico al material bajo estudio que en este caso es el electrodo de trabajo
Figura 1.2. Arreglo característico en la medición para RE
Zhou et al. [35] indican que la técnica de ruido electroquímico, a diferencia de
otros métodos electroquímicos ha sido aplicada en el estudio de la corrosión,
debido principalmente a las siguientes ventajas:
i) Se realiza bajo condiciones de circuito abierto,
ii) No se requieren perturbaciones externas que puedan ocasionar cambios
en las propiedades del sistema,
iii) La adquisición de datos requiere un dispositivo experimental
relativamente simple que puede ser usado en laboratorio o en sitio, además
de estas ventajas.
El esquema eléctrico del Sistema de Tres Electrodos se muestra en la figura
1.3. Este dispositivo incluye un voltímetro y un amperímetro de resistencia
cero (ZRA, Zero Resistance Ammeter). Este último instrumento se
caracteriza por medir la corriente que lo atraviesa mientras establece una
diferencia de potencial nula entre sus extremos.
FIGURA 1.3. Esquema eléctrico de un Sistema de Tres Electrodos empleado para la medida de ruido
electroquímico.
Un registro de ruido electroquímico surge como consecuencia de la
superposición en el tiempo de una serie de señales individuales. Estos
registros serán, por tanto, el resultado de la suma de distintos eventos,
asociados a las cinéticas anódicas, catódicas o ambas, que tienen lugar
simultáneamente. Dichos eventos pueden ser de distinta naturaleza,
dependiendo de las características del sistema estudiado [36].
1. Evolución de hidrógeno: nucleación de la burbuja, crecimiento y des-
prendimiento [37] [38]. El desarrollo de burbujas, generadas durante las
reacciones catódicas, en la superficie del metal se refleja en fluctuaciones en
la resistencia de la disolución debido a que las burbujas dificultan el
transporte de masa. Esto se puede reflejar en cambios en la corriente que
circula entre los WEs. Dicho efecto se acentúa en medios ácidos en los que
la velocidad de corrosión es alta. En este caso, las fluctuaciones serán
debidas a la variación del área de exposición del electrodo como
consecuencia de la formación y desprendimiento de burbujas de H2.
2. Cambios en la velocidad del transporte de masa: Estos cambios de
velocidad puede tener orígenes muy diferentes como pueden ser el efecto de
la lenta convección, el gradiente de densidad, los cambios en la porosidad de
las películas superficiales o, incluso, las fluctuaciones causadas por la
formación o disolución de estas películas.
3. Intercambio de iones y átomos en la superficie como consecuencia
del equilibrio dinámico del metal con el medio [39]. Estas reacciones de
oxidación y reducción producen un ruido bajo y aproximadamente constante
durante todo el proceso.
4. Difusión en la propagación de una micro-grieta [40]. En metales
descubiertos, la propagación de grietas serviría de superficie catalítica sobre
la cual se produciría una formación rápida de hidrógeno molecular. Así, el
ruido electroquímico aumentaría cada vez que se propagara una micro-grieta
Este tipo de ruido es característico de procesos de corrosión bajo tensión.
5. Iniciación fie picaduras, picaduras metaestables y crecimiento de
picaduras estables [41]. En sistemas sometidos a corrosión por picaduras
es posible encontrar saltos repentinos tanto en la señal de voltaje como
intensidad. Estos saltos, que suelen tener una forma característica, se
conocen como tránsitos y se asocian a la formación y repasivación de
picaduras. Además, la forma de estos tránsitos depende del intervalo de
tiempo en el que las picaduras permanecen activas y el tipo de control al
que esté sometida la cinética de la reacción.
6. Rozamiento y abrasión [42]. Este tipo de fenómenos dejaría al
descubierto parte del metal que pudiera estar inicialmente protegido bajo
una película protectora. Entonces, se produciría un gran aumento en el nivel
de ruido como consecuencia de la pérdida momentánea o permanente del
estado pasivo.
7. Fenómenos asociados a sistemas pasivos [43] [44]. En los sistemas
pasivos, el nivel de ruido es muy inferior a otros tipos de sistemas debido a
la pequeña transferencia de carga que se produce. No obstante, estos
sistemas se caracterizan por la existencia de fluctuaciones de muy baja
frecuencia asociadas al crecimiento de la capa pasiva o a su disolución.
Las señales experimentales que se obtienen en un ensayo de medida del
ruido electroquímico se registran durante un periodo de tiempo determinado.
De esta manera, resulta evidente que la forma más directa de analizar estos
registros sería mediante su inspección visual. Cómo se introducen los
principales aspectos teóricos relacionados con la inspección directa de
registros temporales, describir las características generales de las señales
/(t) y V(t) en función del proceso del que provienen.
La medida del ruido electroquímico se realiza a través del registro de las
señales temporales de dos magnitudes, como son la intensidad de corriente,
I(t), y el voltaje, V(t). En determinados procesos es posible extraer
información relativa al sistema estudiado a través de la observación directa
de estas señales [45]. De acuerdo con lo anterior, la observación directa de
los registros de RE permite distinguir entre procesos de corrosión uniforme,
corrosión localizada y situaciones de pasividad.
Registros temporales de voltaje
En este apartado se recogen las características habituales de los diagramas
V(t) en función del sistema estudiado. En la Figura 1.4 se muestran registros
temporales de voltaje representativos de sistemas que experimentan
diferentes tipos de corrosión. Así, en la Figura 1.4 (a) se ha representado un
registro de ruido en voltaje obtenido para muestras de aluminio del 99,9%
expuestas a' una disolución de NaOH al 0,1% durante 10 horas. En este
sistema se verifica un proceso de corrosión uniforme [46]. La característica
más relevante de la señal representada en la Figura 1.4 (a) es el alto grado
de estabilidad del potencial, ya que las fluctuaciones son del orden de la
resolución del voltímetro empleado (0.1 mV). Este hecho se asocia a que el
proceso transcurre a través de la sucesión de una multitud de eventos
anódicos y catódicos, con lo cual, cualquier pequeña variación en el potencial
debido a un evento anódico es rápidamente compensada por otro catódico y
viceversa.
En un proceso de corrosión localizada el número de eventos individuales que
tienen lugar por unidad de tiempo es menor que en uno de corrosión
uniforme. Esto hace posible que dichos eventos se puedan distinguir en los
registros temporales. En muchos casos, el proceso de corrosión localizada se
da cuando existe una capa pasiva sobre la superficie del metal. En estos
casos, la forma de los tránsitos se asocia a una rápida rotura de la capa
pasiva seguida por una repasivación de la misma [47]. No obstante, si el
proceso de corrosión localizada es muy intenso, al producirse un gran
número de nucleaciones y repasivaciones de picaduras, es posible que los
tránsitos no puedan ser identificados. Por esta razón, sus registros pueden
atribuirse a corrosión uniforme. Esto último no carece de sentido, ya que un
proceso de corrosión uniforme puede considerarse como el límite de un
proceso de corrosión localizada cuando los procesos individuales se suceden
con mucha velocidad.
La principal característica de los registros de voltaje para sistemas que
sufren un proceso de corrosión localizada es la de presentar tránsitos de
voltaje en una misma dirección. En la Figura 1.4 (b) se presenta un registro
de voltaje obtenido en muestras de la aleación AA5083 tras 5 días en
disolución de NaCl al 3,5%. De acuerdo con [48], en estas condiciones se
verifica un proceso de corrosión localizada [48]. Cada uno de los tránsitos se
supone asociado a un evento individual en el proceso en corrosión
localizada.
Por último, en la Figura 1.4 (c) se representa un registro de ruido en voltaje
obtenido para muestras de acero al carbono expuestas a una disolución de
NaOH al 0,1% durante 12 horas. En las condiciones estudiadas, este tipo de
sistema permanece en estado pasivo [46]. La característica más destacable
de los sistemas pasivos es la de presentar señales de voltaje con amplitudes
muy bajas, llevando superpuesta una tendencia DC (corriente continua) [49].
Estas derivas aparecen porque los sistemas pasivos son muy polarizables y,
por lo tanto, pequeños cambios en la corriente producen grandes cambios en
el potencial.
FIGURA 1.4. Registros V(t) correspondientes a sistemas bajo: (a) corrosión uniforme; (b) corrosión
localizada y (c) estado pasivo.
Registros temporales de corriente
En la figura 1.5 se han representado las señales de corriente registradas
simultáneamente con las señales de voltaje que aparecen en la Figura 1.4.
De acuerdo con lo comentado anteriormente, son registros de ruido de
corriente que pueden considerarse representativos de sistemas que se
encuentran bajo situaciones de: (a) corrosión uniforme, (b) corrosión
localizada y (c) pasividad. Como se puede apreciar en dicha figura, al igual
que en los registros temporales de voltaje, los diagramas I(t) presentan
distintas características dependiendo del comportamiento del sistema.
Los procesos de corrosión uniforme generan registros de ruido de corriente
que presentan fluctuaciones rápidas de alta amplitud, cuya magnitud
depende de la velocidad de corrosión y del área de los electrodos [45], Figura
6. El origen de estas fluctuaciones se asocia a la superposición de la multitud
de procesos individuales anódicos y catódicos que acontecen cuando tiene
lugar un proceso de corrosión uniforme.
Los registros de ruido de corriente correspondientes a procesos de corrosión
localizada son similares a los de voltaje, distinguiéndose también los
tránsitos de una forma clara, Figura 1.5 (b). Sin embargo, a diferencia del
ruido en voltaje, la dirección de estos tránsitos depende de cuál sea el
electrodo de trabajo en el que se produce el proceso anódico.
FIGURA 1.5. Registros I(t) correspondientes a sistemas bajo: (a) corrosión uniforme; (b) corrosión
localizada; y (c) estado pasivo.
En cuanto a los registros de corriente de sistemas pasivos, su forma es
similar a la de los sistemas que sufren corrosión uniforme. Sin embargo, se
caracterizan por la pequeña amplitud de las fluctuaciones, las cuales, en
ocasiones, como en el caso de la señal en la Figura 6 (c), pueden
aproximarse al nivel del ruido instrumental. La estructura fina observada en
estos registros, suele ser atribuida a procesos de difusión electrónica e iónica
dentro de la película pasiva [49].
2.3 Curvas de Polarización Cíclicas (CPC)
El propósito de esta técnica es determinar las características de un estado
activo/pasivo de un sistema metal-solución dado, la región de potencial
donde el metal está siendo pasivado, así como la velocidad de corrosión en
la región pasiva; es por lo que es importante el uso de la evaluación del
comportamiento de materiales sujetos al fenómeno de pasivación, como la
varilla de refuerzo inmersa en el concreto. Esta técnica mide las tendencias
de picadura de un espécimen en un sistema metal-solución dado.
La polarización anódica potenciodinámica utiliza un barrido de potencial que
típicamente inicia a Ecorr y se varía en una dirección positiva, normalmente
a un potencial positivo suficiente para oxidar la solución de prueba. La
velocidad de barrido es típicamente de 0.1 mV a 5 mV/seg. Los datos más
confiables generalmente se adquieren a velocidades de barrido lentas. En la
gráfica se traza el potencial aplicado vs. el logaritmo de la corriente medida.
La forma completa de una curva indica el comportamiento de la corrosión
del espécimen en la solución de prueba y fácilmente se puede determinar si
la muestra se pasivara completamente. Además, fácilmente se puede
determinar si la pasivación es espontánea o si se requiere de una
polarización para inducirla.
En lo que se refiere a la interpretación de datos, se presentan varias
regiones, una es la activa en la cual el espécimen es corroído con la
aplicación de potencial a valores más positivos, y crece la corriente de
corrosión. La siguiente región se da cuando cesa el aumento de la corriente
de corrosión, por la aparición del inicio de la pasivación. La pérdida de
reactividad química bajo ciertas condiciones ambientales, probablemente
debido a la formación de una película sobre la superficie del metal, es
referida a la pasivacion del espécimen. Este punto es caracterizado por dos
valores de coordenadas, el primero es el potencial primario pasivo o potencial de
pasivaciòn (Epp) y la densidad de corriente crítica (Ic). Una curva termina con una
región donde se da el rompimiento de la pasivación, conocida como la región de
traspasivación. [50].
Según el procedimiento experimental empleado podemos obtener curvas de
polarización potenciostáticas, en las que se registra la intensidad resultante
de aplicar al sistema un potencial variable según una función conocida o
intensiostáticas, cuando se mide el potencial respuesta a una perturbación
en intensidad.
El análisis de estas curvas proporciona una información básica en el estudio
de los fenómenos de corrosión [50], siendo particularmente útiles en
problemas tales como la evaluación de la susceptibilidad a la corrosión por
picaduras a través de la determinación del potencial de ruptura, Er, también
conocido por potencial de nucleación de picaduras, Enp (figura. 1.6), y el
potencial de repasivación o protección Epr. En la figura 1.6 se indican los
índices de susceptibilidad a la corrosión por picaduras deducidos del análisis
de una curva de polarización y en la figura 1.7 los distintos procedimientos
experimentales para el cálculo de Er y Epr [51]. En la figura 1.7 (a) y (b) se
observan los métodos potenciocinéticos o potensiostáticos, el (b) con el
trazado de la curva de regreso. En (c) y (d) métodos intensiostático e
intensiocinético, respectivamente. En (e) y (f) registro de la d. c. con el
tiempo a potencial constante sin y con activación previa a un potencial E>Enp
En (g) y (h) registro del potencial con el tiempo a d. c constante.
FIGURA 1.6. Indices de susceptibilidad a la corrosión por picaduras, deducidos de la curva cíclica de
polarización.
FIGURA 1.7. Representación esquemática de los diferentes procedimientos para determinar los
potenciales críticos del ataque por picaduras.
3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
En este trabajo se realizó la determinación de la velocidad de corrosión en
probetas de acero al carbono 1018 y acero inoxidable 304 en un sistema
solución poro del concreto-NaCl utilizando la metodología que se describe a
continuación. Esta sección contiene las especificaciones de los materiales
empleados, los equipos de laboratorio y las técnicas de laboratorio, como se
muestra en el siguiente diagrama de flujo.
3.1 Revisión Bibliográfica
Para este fin se recurrió a los diferentes medios, como libros, artículos,
revistas, internet, bases de datos, investigaciones y la interacción de
información con el grupo de investigaciones en corrosión de CIMAV.
3.2 Materiales y equipo
3.2.1 Preparación de las probetas
Se elaboraron 24 probetas, 12 de los especímenes en acero 1018 y las otras
12 en acero inoxidable 304, estas varillas de acero fueron cortadas en piezas
de aproximadamente 1cm de altura adicionándoles una alambre de cobre
para luego encapsularlas con resina comercial poliéster cristal. Para realizar
esta técnica se utilizan como moldes pequeños de PVC. Figura 1.8.
FIGURA 1.8. Probeta de un acero encapsulado en resina.
La preparación de las probetas consiste en limpiar e igualar la superficie que
será expuesta, la probeta se pule con una lija, en una pulidora ECOMET 3
como se muestra en la imagen.
FIGURA 1.9. Pulidora ECOMET 3.
El tamaño del grano fue aumentando gradualmente de 60 hasta 600
inmediatamente después del desbaste y pulida de la probeta, se limpió con
alcohol y con agua desionizada antes de cada prueba. Este procedimiento se
llevó a cabo tiempo antes de cada experimento, para evitar que la muestra
tenga problemas de corrosión antes de iniciada la prueba.
3.2.2 Arreglo de la celda electroquímica utilizada
FIGURA 1.10. Arreglo experimental.
3.2.3 Equipo
Para todas las mediciones electroquímicas se usó un equipo electroquímioco
potenciostato-galvanostato Gill 8 ZRA.
FIGURA 1.11. Potenciostato Gill 8.
3.2.4 Elaboración de Soluciones Poro (electrolito)
El electrolito es el que permite simular el ambiente en el cual estarán
sometidas las varillas, por lo que se realizaron 5 soluciones poro para
experimentación.
Se elaboró la solución de Ca(OH)2 sintéticamente al 1 y 2 Molar, para la
solución de 1 molar, se ocupó 74 g de Ca(OH)2 por litro de agua, para la
solución 2 molar se requirieron 148 g por litro.
La solución de Ca(OH)2+NaCl se realizo al 1% en peso por lo que se
requirieron 5 g de Ca(OH)2 y 5 g de NaCl para preparar un litro de la
solución.
Se utilizaron soluciones como electrolito de trabajo con una relación 1:1, la
primera corresponde a un extracto de cemento y adición de agua, como se
muestra en la figura 1.12(a), la segunda solución se elaboró de forma
similar, el extracto de cemento, adición de agua, y adicionado con una
solución de NaCl al 1%, las cuales, luego de ser mezcladas se filtraron
durante 24 hrs como se muestra en la figura 1.12(b).
(a) (b)
FIGURA 1.12. La mezcla 1:1 cemento-agua como se observa en la figura(a), filtrándose 24 hrs para
obtener el extracto de cemento (b).
Medios usados:
FORMULA
H20 Agua
Ca(OH)2 1M Agua con Hidróxido de calcio 1 molar
Ca(OH)2 2M Agua con Hidróxido de calcio 2 molar
CPO+H2O Extracto de cemento filtrado después de 24 hrs,
relación 1:1
Ca(OH)2+NaCl 1% Agua con Hidróxido de calcio al 1% y cloruro de
sodio al 1%
CPO+H2O+NaCl
1%
Extracto de cemento en adición con cloruro de
sodio al 1%
TABLA2.3. Nomenclatura correspondiente para las mezclas utilizadas.
4. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS
En esta sección se presentan los resultados más importantes obtenidos en el
desarrollo de la investigación, de acuerdo con las actividades propuestas en
la metodología.
4.1 Mediciones de pH
Las mediciones de pH fueron realizadas con un equipo CORNING como se
muestra en la figura 1.13.
FIGURA 1.13. Medición de pH.
La gráfica 3.1, nos muestra los siguientes resultados, para cada medio
correspondiente, observándose que la solución más alcalina correspondió al
Extracto de cemento filtrado después de 24 hrs., mientras que la solución
con menor valor de pH, correspondió al agua utilizada, el resto de los
extractos tiene valores muy similares, cercanos al 11.8.
Grafica 1. pH obtenidos en las soluciones poro.
4.2 Pruebas electroquímicas
Las pruebas electroquímicas se llevan a cabo mediante el equipo
electroquímico, potenciostato-galvanostato Gill 8 ZRA DC, mediante las
técnicas electroquímicas, Curvas de Polarización Cíclica (CPC), con un
barrido de 600 a -1600 mV y una velocidad de barrido de 60 mV/min, y la
técnica de Ruido Electroquímico (Rn), con un barrido de 1024 y una
velocidad de barrido de 1 dato/segundo.
H2O Ca(OH)2 1M Ca(OH)2 2M Ca(OH)2+NaCl 1% H2O+CPO CPO+H2O+NaCl 1%
2
4
6
8
10
12
14p
H
SOLUCIONES
pH
4.3 MICROSCOPIA ELECTRONICA DE BARRIDO (MEB)
Para llevar a cabo la observación de la diferente morfología de superficie, se
utilizó la técnica de microscopía electrónica de barrido, (MEB), microscopio
adaptado a un microanalizador EDAX, el cual, permite obtener un análisis
semicuantitativo elemental, el cual s se muestra en la Figura 1.14.
FIGURA 1.14. Microscopio electrónico de barrido (MEB).
4.3.1 ACERO 1018
Acero 1018 en H20
En las siguientes Figura 1.15 (a) se muestran las imagenes de la morfología
obtenida con el MEB, en donde se observa una corrosión generalizada con
presencia de picado, en la Figura 1.15 (b) se presenta un acercamiento del
deterioro observado, en el espectro 1, se detectaron elementos como el C,
O, Si, Mn y Fe.
(a)
(b)
FIGURA 1.15. Morfología de superficie en H20 en el acero 1018.
Espectro 1
Tabla 1. Análisis semicuantitativo elemental
Ca(OH)2 1 Molar.
En las siguientes Figura 1.16 (a) se muestran las imagenes de la morfología
obtenida con el MEB, en donde se observa una corrosión generalizada o
pasivación, en la Figura 1.16 (b) se presenta un acercamiento de un defecto
de superficie, en el espectro 1, se detectaron elementos como el C, Ca, Mn y
Fe, atribuyéndose la pasivación a la presencia del calcio.
(a)
(b)
FIGURA 1.16. Morfología de superficie en Ca(OH)2 1 Molar en el acero 1018.
Espectro 2
Tabla 2. Análisis semicuantitativo elemental
Ca(OH)2 2 Molar
En las siguientes Figura 1.17 (a) se muestran las imagenes de la morfología
obtenida con el MEB, en donde se observa una corrosión generalizada o
pasivación, en la Figura 1.17 (b) se presenta un acercamiento de un defecto
de superficie, en el espectro 1, se detectaron elementos como el C, Ca, Mn y
Fe, atribuyéndose la pasivación a la presencia de una alta cantidad de calcio.
(a)
(b)
FIGURA 1.17. Morfología de superficie en Ca(OH)2 2 Molar en el acero 1018.
Espectro 3
Tabla 3. Análisis semicuantitativo elemental
Ca(OH)2 +NaCl
En las siguientes Figura 1.18 (a) se muestran las imagenes de la morfología
obtenida con el MEB, en donde se observan una gran cantidad de picaduras,
en la Figura 1.18 (b) se presenta un acercamiento de las picaduras, en el
espectro 4, se detectaron elementos como el C, O, Si, Na, Cl, elemento que
origina el picado, Ca y Fe.
(a)
(b)
FIGURA 1.18. Morfología de superficie en Ca(OH)2 +NaCl en el acero 1018.
Espectro 4
Tabla 4. Análisis semicuantitativo elemental
CPO + H2O
En las siguientes Figura 1.19 (a) muestra la imagen de la morfología de
superficie realizada con el MEB, en donde se observa una pequeño defecto
de superficie, Figura 1.19 (b), detectándose los elementos C, O, Si, S, K, Fe
y una alta cantidad de calcio, que origina un corrosión uniforme o pasivación
en la superficie de la aleación.
(a)
(b)
FIGURA 1.19. Morfología de superficie en CPO +H2O en el acero 1018.
Espectro 5
Tabla 5. Análisis semicuantitativo elemental
CPO + H2O + NaCl
En las siguientes Figura 1.20 (a) se muestran las imagenes de la morfología
obtenida con el MEB, en donde se observan pequeñas picaduras, en la Figura
1.20 (b) se presenta un acercamiento de las picaduras, en el espectro 6, se
detectaron elementos como el C, Si, Mn y Fe.
(a)
(b)
FIGURA 1.20. Morfología de superficie en CPO +H2O + NaCl en el acero 1018.
Espectro 6
Tabla 6. Análisis semicuantitativo elemental
4.3.2 Acero Inoxidable 304 en agua.
En las siguientes Figura 1.21 (a) se muestran las imagenes de la morfología
obtenida con el MEB, en donde se observa una corrosión generalizada o
pasivación, en la Figura 1.21 (b) se presenta un acercamiento de un defecto
de superficie, en el espectro 7, se detectaron elementos como el C, Si, Mn,
Fe, además del Cr y Ni, característicos del acero inoxidable 304.
(a)
(b)
FIGURA 1.21. Morfología de superficie en H2O en el acero 304.
Espectro 7
Tabla 7. Análisis semicuantitativo elemental
Ca(OH)2 1 Molar
En las siguientes Figura 1.22 (a) se muestran las imagenes de la morfología
obtenida con el MEB, en donde se observa una corrosión generalizada o
pasivación, en la Figura 1.22 (b) se presenta un acercamiento de un defecto
de superficie, en el espectro 8, se detectaron elementos como el C, Si, Mn,
Ca, Fe, además del Cr y Ni, característicos del acero inoxidable 304.
(a)
(b)
FIGURA 1.22. Morfología de superficie en Ca(OH)2 1 Molar en el acero 304.
Espectro 8
Tabla 8. Análisis semicuantitativo elemental
Ca(OH)2 2 Molar
En las siguientes Figura 1.23 (a) se muestran las imagenes de la morfología
obtenida en el MEB, en donde no se observa en forma visual ningún tipo de
corrosión, por lo que se considera una pasivación del mismo, en la Figura
1.22 (b) se presenta un acercamiento de superficie sin presencia de
corrosión localizada, en el espectro 9, se detectaron elementos como el C, O,
Si, Mn, Ca, Fe, además del Cr y Ni, característicos del acero inoxidable 304.
(a)
(b)
FIGURA 1.23. Morfología de superficie en Ca(OH)2 2 Molar en el acero 304.
Espectro 9
Tabla 9. Análisis semicuantitativo elemental
Ca(OH)2 + NaCl
En las siguientes Figura 1.24 (a) se muestran las imagenes de la morfología
obtenida en el MEB, en donde no se observa en forma visual ningún tipo de
corrosión, por lo que se considera una pasivación del mismo, en la Figura
1.24 (b) se presenta un acercamiento de superficie con un pequeño defecto,
en el espectro 10, se detectaron elementos como el C, O, Si, Ca, Fe, además
del Cr y Ni, corresponden al acero inoxidable 304.
(a)
(b)
FIGURA 1.24. Morfología de superficie en Ca(OH)2 + NaCl en el acero 304.
Espectro 10
Tabla 10. Análisis semicuantitativo elemental
CPO + H2O
En las siguientes Figura 1.25 (a) se muestran las imagenes de la morfología
obtenida en el MEB, en donde no se observa en forma visual ningún tipo de
corrosión, por lo que se considera una pasivación del mismo, en la Figura
1.25 (b) se presenta un acercamiento de superficie con productos del medio
de exposición, en el espectro 11, se detectaron elementos como el C, O, Si,
Ca, Fe, además del Cr y Ni, corresponden al acero inoxidable 304.
(a)
(b)
FIGURA 1.25. Morfología de superficie en CPO + H2O en el acero 304.
Espectro 11
Tabla 11. Análisis semicuantitativo elemental
CPO + H2O + NaCl
En las siguientes Figura 1.26 (a) se muestran las imagenes de la morfología
obtenida en el MEB, en donde no se observa en forma visual ningún tipo de
corrosión, por lo que se considera una pasivación del mismo, en el espectro
12, se detectaron elementos como el C, O, Si, Ca, Cl, Fe, además del Cr y
Ni, corresponden al acero inoxidable 304.
(a)
FIGURA 1.26. Morfología de superficie en CPO + H2O+ NaCl en el acero 304.
Espectro 12
Tabla 12. Análisis semicuantitativo elemental
4.4 Ruido Electroquímico
4.4.1 Acero inoxidable 304
H2O
En la gráfica de potencial contra corriente se aprecia un comportamiento de
alta frecuencia y baja amplitud, no hay transitorios o cambio bruscos en la
tendencia, por lo tanto, no se presentó alta agresividad del medio, el valor
de potencial durante la prueba, fluctuó en valores de -88 a -98 mV, mientras
que los valores de la corriente de corrosión fluctúan en valores de 10-4 mA.
FIGURA 1.27. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del H2O en el acero 304.
Ca(OH)2 1 MOLAR
En la gráfica de potencial contra corriente se aprecia un comportamiento de
alta frecuencia y baja amplitud, con pequeñas variaciones en la tendencia,
con valores del potencial pequeños, varían entre -100 a -117 mV, con una
demanda de corriente pequeña del orden de 10-4, no se presentó alta
agresividad del medio, por lo que se presenta un sistema pasivo de
corrosión.
FIGURA 1.28. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del Ca(OH)2 1 Molar en el acero 304.
Ca(OH)2 2 MOLAR
En la gráfica de potencial contra corriente se aprecia un comportamiento de
alta frecuencia y baja amplitud, no hay presencia de transitorios
significativos, con valores del potencial pequeños, varían entre -88 a
-107 mV, con una demanda de corriente pequeña del orden de 10-4,
considerando al sistema en un estado de pasividad, sin presencia de
corrosión localizada.
FIGURA 1.29. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del del Ca(OH)2 2 Molar
en el acero 304.
Ca(OH)2+NaCl 1%
En la gráfica de potencial contra corriente se observa una fuerte caída del
potencial de -145 a -175 mV, con una recuperación del mismo, con un
aumento de un orden de magnitud en la demanda de corriente de 10-3 a 102
mA/cm2, con lo cual, se observa un comportamiento activo-pasivo, con
tendencia a la formación de picado o corrosión localizada.
FIGURA 1.30. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del del Ca(OH)2 + NaCl en el acero 304.
CPO+H2O
En la gráfica de potencial contra corriente se aprecia un comportamiento de
alta frecuencia con muy baja amplitud, no hay presencia de transitorios
significativos, con valores del potencial entre -220 a -280 mV, con una
tendencia de recuperación hacia valores más positivos, con una demanda
de corriente pequeña del orden de 10-3, considerando al sistema en un
estado de pasividad, sin presencia de corrosión localizada.
FIGURA 1.31. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del del CPO + H2O en el
acero 304.
CPO+H2O+NaCl 1%
En la gráfica de potencial contra corriente se observan algunos transitorios
durante la prueba, valores del potencial del orden de -90 a -118 mV, con
una recuperación a valores más positivos, con una demanda de corriente del
orden de 10-5 mA/cm2, con lo cual, se observa que el acero tiene un
comportamiento activo-pasivo.
FIGURA 1.32. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del del CPO + H2O + NaCl
en el acero 304.
4.4.2 Acero 1018
H2O
En la gráfica de potencial-corriente con respecto al tiempo del acero 1018,
se observa comportamiento del potencial con tendencia a valores negativos
de -485 a -500 mV, así como valores de corriente fluctuando entre 0.4 a
0.45 mA/cm2, lo cual, es indicativo de un sistema muy activo en corrosión.
FIGURA 1.33. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo en H2O en el acero 1018.
Ca(OH)2 1 MOLAR
El rango de potencial es pequeño, entre -121 a -130 mV, con una demanda
de corriente pequeña del orden de 10-4, mostrando transitorios de muy baja
amplitud y alta frecuencia, dando evidencia un sistema de corrosión
generalizada con pasivación sin presencia de picado.
FIGURA 1.34. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del del Ca(OH)2 1 Molar
en el acero 1018.
Ca(OH)2 2 MOLAR
El rango de potencial es pequeño, entre -134 a -139 mV, con una demanda
de corriente pequeña del orden de 10-3, mostrando transitorios de muy baja
amplitud y alta frecuencia, dando evidencia un sistema de corrosión
generalizada con pasivación sin presencia de picado.
FIGURA 1.35. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del del Ca(OH)2 2 Molar
en el acero 1018.
Ca(OH)2+NaCl 1%
En la gráfica de potencial contra corriente se observan algunos transitorios
durante toda la prueba, valores del potencial del orden de -250 a -200 mV,
con una recuperación a valores más positivos, con una demanda de
corriente del orden de 10-3 mA/cm2, con lo cual, se observa que el acero
tiene un comportamiento activo-pasivo con una fuerte tendencia al picado o
corrosión localizada.
FIGURA 1.36. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del del Ca(OH)2 + NaCl en
el acero 1018.
CPO+H2O
En la gráfica de potencial contra corriente se aprecia un comportamiento de
alta frecuencia con muy baja amplitud, no hay presencia de transitorios
significativos, mas sin embargo al inicio de la prueba se muestra una
pequeño cambio en el potencial, el cual, es rapidamente recuperado , con
valores del potencial entre -236 a -218 mV, con una tendencia de
recuperación hacia valores más positivos, con una demanda de corriente
pequeña del orden de 10-4, considerando al sistema en un estado de
pasividad, sin presencia de picado o corrosión localizada.
FIGURA 1.37. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del del CPO + H2O en el acero 1018.
CPO+H2O+NaCl 1%
En la gráfica de potencial contra corriente se observan transitorios durante
toda la prueba, con alta frecuencia y mediana amplitud, valores del
potencial del orden de -340 a -385 mV, con una tendencia a valores más
negativos, con una demanda de corriente del orden de 0.04 a .08 mA/cm2,
con lo cual, se observa que el acero tiene un comportamiento activo-pasivo
con una tendencia al picado o corrosión generalizada.
FIGURA 1.38. Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del del CPO + H2O + NaCl
en el acero 1018.
4.5 CURVAS DE POLARIZACION
ACERO INOXIDABLE 304
H2O
Se observa una histéresis a la derecha, por lo que el material se encuentra pasivado.
FIGURA 1.39. Efecto del H2O en el acero 304 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600 304 H
2O
E (
mV)
vs E
CS
Log i (mA/cm2)
Ca(OH)2 1 MOLAR
Se observa una histéresis a la derecho, por lo que el material esta pasivado.
FIGURA 1.40. Efecto del Ca(OH)2 1 Molar en el acero 304 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400 304Ca(OH)21Molar
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
Ca(OH)2 2 MOLAR
Se observa una histéresis a la derecho, por lo que el material esta pasivado.
FIGURA 1.41. Efecto del Ca(OH)2 2 Molar en el acero 304 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400 304Ca(OH)22Molar
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
Ca(OH)2+NaCl 1%}
Se observa una histéresis a la derecho, por lo que el material esta pasivado.
FIGURA 1.40. Efecto del Ca(OH)2 + NaCl en el acero 304 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400 304Ca(OH)
2+NaCl al 1%
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
CPO+ H2O
Se observa una histéresis a la derecho, por lo que el material esta pasivado.
FIGURA 1.41. Efecto del CPO + H2O en el acero 304 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400 304CPO+H
2O
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
CPO+H2O+NaCl 1%
Se observa una histéresis a la derecho, por lo que el material esta pasivado.
FIGURA 1.42. Efecto del CPO + H2O + NaCl en el acero 304 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400 304 CPO+NaCl al 1%
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
ACERO 1018
H2O
Se observa una histéresis a la derecha, por lo que el material está tendiendo
a un proceso de corrosión.
FIGURA 1.43. Efecto del H2O en el acero 1018 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-4 1E-3 0.01 0.1 1
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200 1018 H2O
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
Ca(OH)2 1 MOLAR
Se encuentra en un rango de pasividad, atribuyendose a la cantidad de
calcio en la solucion empleada como electrolito..
FIGURA 1.44. Efecto del Ca(OH)2 en el acero 1018 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400 1018Ca(OH)21Molar
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
Ca(OH)2 2 MOLAR
Se observa una histéresis a la derecha, por lo que el material se encuentra
pasivado, atribuyéndosele a la gran cantidad de calcio en el medio.
FIGURA 1.45. Efecto del Ca(OH)2 2 Molar en el acero 1018 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400 %1018(Ca(OH)2 2 Molar
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
Ca(OH)2+NaCl 1%
Se observa una cinetica de corrosion pronunciada, ya que la histeresis de la
grafica nos esta marcando un gran daño de picadura en el material.
FIGURA 1.46. Efecto del Ca(OH)2 + NaCl en el acero 1018 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1 10 100
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400 %1018(Ca(OH)
2+NaCl al 1%
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
CPO+H2O
Se observa una histéresis a la derecha, sin embargo, el material tiende a
pasivarse.
FIGURA 1.47. Efecto del CPO + H2O en el acero 1018 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400 1018 Extracto de cemento
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
CPO+H2O+NaCl 1%
Como se observa en el grafico el material expuesto a esta solucion presento
picaduras, atribuyendosele al NaCl, ya que este medio salino acelera el
proceso de corrosion.
FIGURA 1.48. Efecto del CPO + H2O + NaCl en el acero 1018 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1 10 100
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
1018 Extracto de cemento+NaCl al 1%
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
ACERO INOXIDABLE 304
Como se puede observar en todas las gráficas del acero 304 se ve un
comportamiento muy similar, por lo que los medios a los que estuvo
expuesto el material no se produjo ninguna picadura, atribuyéndose a la
resistencia del material.
FIGURA 1.49. Efecto de los seis medios en el acero 304 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
304Ca(OH)22Molar
304Ca(OH)21Molar
304CPO+H2O
304Ca(OH)2+NaCl 1%
304H2O
304CPO+H2O+NaCl 1%
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
ACERO 1018
Como se observa en la gráfica los seis medios expuestos, se aprecia que los
medios en el que se utilizó NaCl presento el material picaduras, así como
también el material expuesto en Agua.
FIGURA 1.49. Efecto de los seis medios en el acero 1018 para la Curva de Polarización Cíclica.
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1 10 100
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
1018Ca(OH)22Molar
1018Ca(OH)21Molar
1018CPO+H2O
1018Ca(OH)2+NaCl 1%
1018H2O
1018CPO+H2O+NaCl 1%
E (
mV
) vs E
CS
Log i (mA/cm2)
5. CONCLUSIONES.
En todos los medios ensayados mediante las técnicas de Ruido
Electroquímico y Curvas de Polarización Cíclicas, para el acero
inoxidable 304 se encontró una corrosión generalizada o uniforme,
con un estado pasivo, sin tendencia en ninguno de los casos a
formación de picaduras.
El acero al carbono 1018 en los medios: agua, agua con Hidróxido de
calcio al 1% y cloruro de sodio al 1%, extracto de cemento en adición
con cloruro de sodio al 1% presentaron un estado de activación-
pasivación intensa, generando una corrosión generalizada, con
tendencia a formación de picado o corrosión localizada.
El acero 1018 en los medios: agua con Hidróxido de calcio 1 molar,
agua con Hidróxido de calcio 2 molar, extracto de cemento filtrado,
presentaron una corrosión uniforme, originando una pasivación en la
superficie, sin la formación de picaduras.
Las morfologías de la superficie obtenidas mediante la técnica de
Microscopia Electrónica de Barrido, (MEB) permitieron corroborar la
forma y estados de corrosión presente de acuerdo a las técnicas
electroquímicas utilizadas.
Se pudo corroborar, en todos los casos de la investigación, que las
soluciones en ausencia del cloruro de sodio (NaCl), para el caso del
sistema acero-solución con varilla de refuerzo correspondiente al acero
al carbono 1018, no se presenta tendencia a la formación de corrosión
localizada o picado, es decir, cuando se tiene presencia del ion cloruro,
se rompe la pasividad formada por la presencia del hidróxido de calcio
en la superficie metálica.
La correlación de las técnicas, Ruido electroquímico y Curvas de
Polarización permitieron validar el comportamiento de los estados de
corrosión presentes con ambas técnicas.
El planteamiento o alcance de la investigación, con los medios
utilizados en contacto íntimo con los materiales metálicos nos permitió
determinar la cinética y estados de corrosión presentes, utilizando
menor tiempo de exposición mediante las técnicas electroquímicas
empleadas.
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