CARACTERIZACIÓN ELECTROQUÍMICA DEL … · La corrosión de los refuerzos metálicos inmersos en la estructura del concreto, consiste en una oxidación del acero provocada por el

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.



1.30 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.


H2O + NaCl en el acero 304.

1.33 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del H2O en

el acero 1018.





1.36 Ruido Electroquímico de Potencial y Corriente en el tiempo del

Ca(OH)2 + NaCl en el acero 1018.


H2O en el acero 1018.


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.


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


Ca(OH)2 2 Molar




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)


Espectro 3


Ca(OH)2 +NaCl


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


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


CPO + H2O + NaCl


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


4.3.2 Acero Inoxidable 304 en agua.




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


Ca(OH)2 1 Molar




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)


Espectro 8


Ca(OH)2 2 Molar


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)


Espectro 9


Ca(OH)2 + NaCl




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


CPO + H2O




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


CPO + H2O + NaCl



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


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


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


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


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.


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.


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


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



1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200


E (

mV

) vs E

CS

Log i (mA/cm2)

Ca(OH)2+NaCl 1%}


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


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%


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


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.


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.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Ánodos de Sacrificio Empleando Electrolitos Sólidos. Proyecto Terminal de

Ingeniería Metalurgíca, 1993. UAM.

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Hispanoamericana S.A. México 1988.

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CARACTERIZACIÓN ELECTROQUÍMICA DEL … · La corrosión de los refuerzos metálicos inmersos en la estructura del concreto, consiste en una oxidación del acero provocada por el