Comprobación de la eficacia de la realcalinización y de la extracción electroquímica de cloruros como métodos de rehabilitación de las estructuras corroídas de hormigón armado

• Autores: Alfonso Cobo Escamilla
• Directores de la Tesis: Eduardo Otero Soria (dir. tes.), José Antonio González Fernández (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2001
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel Fernández Cánovas (presid.), Enrique González Valle (secret.), Miguel Oliver Alemany (voc.), Tomás Vázquez (voc.), Bernardo Pérez (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de la construcción
      • Tecnología del hormigón
      • Ingeniería civil
      • Ingeniería de estructuras
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • La sustitución de los métodos tradicionales de reparación de las estructuras de hormigón armado (EHA), que exigen el reemplazamiento del hormigón carbonatado o contaminado por cloruros y la limpieza a fondo de las armaduras, por otros procedimientos, menos costosos y nocivos para el ambiente y para los operarios, representaría un logro considerable, tanto desde el punto de vista económico como técnico, e incluso social, dada la importancia del sector de la construcción en la calidad de vida. Actualmente se está despertando im interés inusitado en dos nuevos métodos de rehabilitación de las EHA, la realcalinización electroquímica (RAE) y la extracción electroquímica de cloruros (EEC). Ambos procedimientos tienen una acusada semejanza con la protección catódica (PC) con corriente impresa, de comprobada eficacia para detener los procesos de corrosión en las EHA. En ambos procedimientos, igual que ocurre en la PC, la armadura se conecta al polo negativo de ima fuente de corriente continua, pero a diferencia de la PC se utilizan potenciales y densidades de corriente mucho más elevadas. Además la PC es un método permanente, mientras que la RAE y la EEC son métodos temporales. La experiencia atesorada, respecto a la RAE y la EEC, demuestra sin lugar a dudas que el hormigón carbonatado puede realcalinizarse y que los cloruros se extraen del hormigón. Es decir, que se eliminan las causas responsables de la corrosión de las armaduras y de la, a veces, dramática reducción de durabilidad que ésta representa para las EHA. Pero el estado de los conocimientos no ha avanzado aún lo suficiente para disipar serias inquietudes sobre la eficacia de la RAE y la EEC, que se están tratando de difiíndir como logro conseguido, como meta, cuando sólo pueden constituir un medio o camino para preservar la durabilidad de las EHA, que sería la meta verdadera. Aún queda por resolver la controversia fimdamental, que puede sintetizarse en la siguiente pregimta: Eliminada la causa de la corrosión, ¿se detiene ésta en las EHA ya corroídas?. En la presente Memoria se pretende encontrar respuestas a esta pregunta, comprobando la eficacia de la EEC en el caso de losas y vigas que se han estado corroyendo previamente, durante años, en hormigón fabricado con un 2% de Cl", añadido en relación al peso de cemento. Analizando, así mismo, la capacidad de la RAE para pasivar armaduras de una estructura carbonatada, que se agrietó, por efecto de la corrosión, después de, aproximadamente, tres decenios de vida en ser\ icio. Las barras, decapadas y con los productos de corrosión, se expusieron a la acción de una solución saturada de hidróxido calcico y de un mortero de relación cemento/arena/agua = 1/3/0,5. Además, de la determioación del contenido de cloruros antes y después de la extracción, del ensayo de la fenolftaleina y del recurso a la simple medida de los potenciales de corrosión, las formas de proceder usuales para demostrar que las nuevas técnicas de rehabilitación eliminan las causas de la corrosión, se da un paso mucho más importante, introduciendo una amplia gama de técnicas electroquímicas cuantitativas de medida de velocidad de corrosión: medida de la resistencia de polarización, obtención de las curvas de polarización, de la respuesta a pulsos de potencial y de corriente y aplicación de la espectroscopia de impedancia electroquímica. Todas estas técnicas, aplicadas antes y después de los métodos electroquímicos de rehabilitación, permiten al determinar la velocidad de corrosión de la armadura, comprobar si se consigue el objetivo final de la RAE y la EEC, la repasivación de la armadura que ha sufrido previamente la transición pasividad-actividad, bien sea por un exceso de cloruros en el hormigón, o por la carbonatación del mismo. Los resultados obtenidos permiten concluir que la RAE y la EEC no son capaces de repasivar superficies de acero muy corroídas, pueden considerarse, sin embargo, como métodos de prevención adecuados, si se recurre a ellos antes de que se produzca la transición pasividad-actividad. A destiempo, como medidas correctivas, son ineficaces. The substitution of traditional methods for repairing reinforced concrete structures (ROS), which involves removing carbonated or chloride-contaminated concrete as far as behind the reinforcement, by other less expensive and hazardous to workers and the environment will represent a considerable achievement. Not only will it be an economic and technical improvement but will have also of great social importance due to the relevance of the construction sector in the quality of life. The heavy expenses for searching of altematives have so far promoved high interest in two appealing rehabilitation methods: the electrochemical realkalisation (ERA) and the electrochemical chloride-removal (ECR). Both methods show a great similarity with cathodic protection (CP), and electrochemical rehabilitation method widely used for several decades that have proven to stop corrosión in RCS, regardless of the chloride content of the concrete. In both methods, similarly to what occurs in the CP, the reinforcements are connected to the negative terminal of a direct current power supply, but much higher potentials and current densities are used. Moreover, the CP is a permanent method, while the ERA and ECR are temporary methods. The available experience with the use of ERA and ECR shows without doubt that the carbonated concrete can be realkalised and that chlorides can be removed from concrete. That is, the causes for reinforcement corrosión and so for the dramatic reduction of RCS durability can be eliminated. Nevertheless, the present state of the art has not progressed enough in order to dissipate the doubts about the efficiency of ERA and ECR. These methods, instead of considering it as a proved success or as an end in itself, has to be considered only as a way to preserve the RCS durability. There is still a main question to be answered: Does removing the source of corrosión in RCS sufEce to stop rusting? In the present study we try to answer this question by testing the eífectiveness of the ECR in concrete slabs and beams which had been previously corroded for years, fabricated with a 2% Cl' added in relation to the cement weight. We also analize the capacity of ERA to repassivate steel bars of a carbonated structure that was cracked by corrosión after about 30 years of service life. Clean steel bars (pickled in 50% HCl solution) and coated with ccorrosion products were exposed to the action of Ca(0H)2 saturated solution and embedded in a new mortar consisting of cement, sand and water in a 1/3/0.5 proportion. The most simple and widely used ways of checking for the eífectiveness of electrochemical rehabilitation methods are the simple potential measiirements (for ERA and ECR), the determinations of the chloride profiles, and the phenolphtalein test before and after ECR and ERA, respectively, all three qualitatively techniques. We can go one step ñirther introducing a vast range of electrochemical quantitative techniques of assessing the steel corrosión rate, such as polarization resistance measurements, polarization curves, the response to short galvanostatic polarization pulses and the direct determination of the time constant of the corrosión process. All these techniques, applied before and after the electrochemical rehabilitation methods allow us to ascertain whether a reinforcment is in the passive or the active state {i.e. whether the ERA and ECR stop the steel corrosión process). From the results obtained we can draw the foUowing conclusión: ERA and ECR cannot repassivate heavily corroded steel surfaces, but can be effective methods to prevent corrosión in the case they are used before the transition from the passive state to the active one occurs. If applied too late, ERA and ECR are useless for this pvirpose.