ES2200815T3 - Monofluorfosfato potasico como inhibidor de la corrosion. - Google Patents
Monofluorfosfato potasico como inhibidor de la corrosion.Info
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Abstract
Un método de inhibir la corrosión en cemento armado que contiene elementos de refuerzo de acero, que comprende: poner en contacto el hormigón armado con monofluorofosfato de potasio.
Description
Monoflúorfosfato potásico como inhibidor de la
corrosión.
La invención se refiere a un método para inhibir
la corrosión de elementos de refuerzo de acero en hormigón y a un
hormigón armado tratado.
La patente de los EE.UU. 5.071.579, de Domtar
Inc., expedida el 10 de Diciembre de 1991, describe el uso de
fluorofosfato de sodio, también conocido como "monofluorofosfato
de sodio" y abreviado como "MFP", para prevenir la
corrosión de hormigón armado que contiene varillas de refuerzo de
acero cuando el citado hormigón se expone a un ambiente corrosivo,
por ejemplo iones cloruro.
La carbonatación del hormigón se produce por la
penetración de dióxido de carbono del aire en el hormigón y la
reacción del dióxido de carbono con hidróxidos tales como hidróxido
cálcico en el hormigón. La carbonatación rebaja la alcalinidad del
hormigón. La alcalinidad alta se necesita para proteger de la
corrosión las varillas de refuerzo de acero incrustadas.
Como se describe en la patente de los EE.UU. la
colocación de celdas de corrosión galvánica en las varillas de
refuerzo de acero da como resultado la corrosión del acero, con la
creación de fuerzas expansivas que destruyen el hormigón.
El hormigón se utiliza en la construcción de
edificios y en la fabricación de artículos que incluyen losas de
pavimentación, barras de estructura, entibado, canalones, tuberías
y otros artículos de colada.
El documento de patente WO 92/14796 publicado el
3 de Septiembre de 1992, Domtar Inc., describe el uso del
anteriormente citado fluorofosfato de sodio para reducir la
formación de escamas debida a la congelación y al deshielo del
hormigón, particularmente cuando se utiliza un descongelador tal
como cloruro de sodio para descongelar la superficie del
hormigón.
La presente invención busca proporcionar mejoras
en la inhibición de la corrosión de los elementos de refuerzo de
acero en hormigón y un hormigón tratado mejorado, empleando
monofluorofosfato de potasio en vez de o en combinación con
monofluorofosfato de sodio.
De acuerdo con un aspecto de la invención, se
proporciona un método de inhibir la corrosión en un hormigón armado
que contienen elementos de refuerzo de acero que comprende poner en
contacto el hormigón armado con monofluorofosfato de potasio.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se
proporciona un hormigón armado que contiene elementos de refuerzo
de acero y tiene una superficie de hormigón, conteniendo dicho
hormigón monofluorofosfato de potasio.
Se pone en contacto convenientemente una
disolución acuosa del monofluorofosfato de potasio con el hormigón.
En particular, se pone en contacto la disolución acuosa con una
superficie de hormigón armado de forma que la disolución que
contiene el monofluorofosfato de potasio disuelto penetra en el
hormigón y deposita el monofluorofosfato de potasio en una zona de
penetración que se extiende hacia el interior en el hormigón, desde
la superficie del hormigón, y desde la cual el monofluorofosfato de
potasio emigra a los elementos de refuerzo de acero.
Por "zona de penetración" debe entenderse
una profundidad del hormigón, determinada a partir de la superficie
del hormigón que está en contacto con la disolución en la que la
disolución de monofluorofosfato de potasio penetra, y que se
extiende hacia los elementos de refuerzo de acero, por ejemplo
varillas de refuerzo de acero.
Se entenderá que pueden estar presentes en la
disolución acuosa aditivos para otros propósitos, pero la
disolución no deberá tener productos químicos que promuevan la
corrosión o que de cualquier otro modo pudieran disminuir la
efectividad del objetivo de inhibir la corrosión.
Se reconocerá que el monofluorofosfato de potasio
podría ponerse en contacto con la superficie del hormigón en
disolución en otros vehículos, por ejemplo, disolventes orgánicos.
Sin embargo, desde un punto de vista práctico se prefiere con mucho
un vehículo acuoso.
Convenientemente, la disolución acuosa empleada
en la invención puede contener hasta 35%, en peso, y típicamente 5
a 20%, en peso, de monofluorofosfato de potasio.
La disolución puede ponerse en contacto con el
hormigón por diversos métodos que dependen de la forma del artículo
de hormigón o la estructura que va a tratarse. A modo de ejemplo,
la disolución acuosa de monofluorofosfato de potasio puede
rociarse, pintarse, aplicarse con una brocha o aplicarse de
cualquier otro modo como un recubrimiento sobre una superficie de
hormigón expuesta. La disolución deberá aplicarse en una cantidad
que consiga una penetración deseada en el hormigón para conseguir
llegar hasta los elementos de refuerzo de varilla de acero.
También puede empaparse el hormigón en la
disolución, para cuyo propósito puede construirse un dique alrededor
del hormigón para retener la disolución durante un periodo de
empapamiento.
La invención no se restringe a la aplicación por
medio de una disolución de monofluorofosfato de potasio y éste
puede aplicarse en forma de polvo a la superficie del hormigón, o
en un gel.
El monofluorofosfato de potasio debería penetrar
en el hormigón armado hasta alcanzar las varillas de refuerzo que
son los elementos de refuerzo en el hormigón. Típicamente las
varillas se distribuyen en hasta 35 mm desde las superficies de
hormigón de los edificios, y en hasta 60 mm en estructuras de
autopistas. En estos lugares la corrosión de las varillas es un
problema.
Es especialmente ventajoso aplicar el
monofluorofosfato de potasio cuando el hormigón armado está en un
estado substancialmente seco, en el cual están abiertos los pasajes
de capilaridad en el hormigón para la migración del
monofluorofosfato de potasio en el hormigón.
Sorprendentemente se ha encontrado que el
monofluorofosfato de potasio no es solamente un inhibidor de la
corrosión para el hormigón armado, sino también que es marcadamente
superior al monofluorofosfato de sodio en proporcionar tal
inhibición de la corrosión.
Previamente no era conocido y no era predecible
que el monofluorofosfato de potasio funcionaría como un inhibidor
de la corrosión en hormigón armado, y aún era menos predecible que
fuera superior al monofluorofosfato de sodio conocido inhibidor de
la corrosión.
Para funcionar como un inhibidor de la corrosión
eficaz un producto químico necesita ser un inhibidor de la
corrosión eficaz tanto en ambientes alcalino como neutro, que
corresponden a hormigones armados no carbonatados contaminados con
cloruros, así como a hormigones armados carbonatados.
El producto químico tiene que ser suficientemente
estable y para la mayor parte de las formas de aplicación,
suficientemente soluble en un vehículo adecuado, por ejemplo, agua,
para obtener una concentración del producto químico eficaz para la
introducción de una cantidad eficaz de inhibición de la corrosión
del producto químico en el hormigón.
El producto químico necesita características de
migración o penetración tales que pueda conseguirse una penetración
útil y adecuada del producto químico en el hormigón armado, y, en
particular, deberá ser capaz de migrar a lo largo de la red de
poros y capilares del hormigón hasta alcanzar los elementos de
refuerzo de varillas de refuerzo de acero del hormigón, las cuales
están sujetas a corrosión.
Más deseablemente un producto químico, para
funcionar como un inhibidor de corrosión eficaz deberá proporcionar
inhibición de la corrosión a las varillas de refuerzo de acero, en
bajas concentraciones del producto químico.
Mientras que el fluorofosfato de sodio ha sido
identificado previamente como un inhibidor de la corrosión eficaz
para los elementos de refuerzo de acero del hormigón armado, otros
fluorofosfatos no proporcionan tal inhibición de la corrosión; a
modo de ejemplo, han sido evaluados el monofluorofosfato de litio,
el monofluorofosfato de amonio, el fluorofosfato de calcio y el
fluorofosfato de estroncio y no funcionan como inhibidores de la
corrosión para los elementos de refuerzo de acero en el hormigón
armado. Incluso cuando los monofluorofosfatos tal como el
monofluorofosfato de amonio tienen la solubilidad necesaria en agua
para permitir su aplicación al hormigón, se encuentra que no ocurre
una penetración o migración eficaz del monofluorofosfato en el
hormigón.
La solubilidad del fluorofosfato varía en un
amplio espectro, adicionalmente mientras que el anión fluorofosfato
desempeña un cometido en la inhibición de la corrosión parece que
el catión que lo acompaña tiene también un cometido significativo
tanto con respecto a la capacidad de inhibición de la corrosión
como de la habilidad del compuesto de fluorofosfato para migrar o
difundirse en el hormigón, a través de la red de poros y
capilares.
Se ha encontrado en la presente invención no solo
que el monofluorofosfato de potasio funciona como un inhibidor de
la corrosión eficaz para las varillas de refuerzo de acero del
hormigón armado, mientras que no lo hacen los monofluorofosfatos
relacionados de litio, amonio, tris, calcio y estroncio; sino
también que el monofluorofosfato de potasio es marcadamente superior
al monofluorofosfato de sodio como un inhibidor de la
corrosión.
En particular se encuentra que el
monofluorofosfato de potasio es hasta cinco veces más eficaz que el
monofluorofosfato de sodio. El monofluorofosfato de potasio
proporciona típicamente el mismo nivel de inhibición de la corrosión
que el monofluorofosfato de sodio cuando se emplea en una cantidad
de un quinto de la cantidad de monofluorofosfato de sodio.
La invención y los efectos mejorados de
inhibición de la corrosión proporcionados por el monofluorofosfato
de potasio se ilustran con la referencia a los dibujos que
acompañan, en los que:
La Figura 1 es una fotografía que ilustra los
efectos de inhibición de la corrosión del monofluorofosfato de
potasio;
La Figura 2 es una fotografía que ilustra, con
propósitos de comparación, los efectos de inhibición de la
corrosión del monofluorofosfato de sodio empleado en las mismas
condiciones que el monofluorofosfato de potasio en la Figura 1;
y
La Figura 3 ilustra la penetración de diferentes
monofluorofosfatos en hormigón.
Se prepararon disoluciones con la adición de
hidróxido sódico a, o bien agua destilada, o bien de red (que
contiene calcio), para obtener un pH de aproximadamente 13,
simulando el ambiente de un hormigón no carbonatado. Se añadió
cloruro de sodio 0,5M para simular el ambiente corrosivo de hormigón
contaminado con sales de descongelación. Se utilizaron porciones de
2 ml de las disoluciones en placas de plástico estándar de ensayo
de cultivo de tejidos en 24 posiciones. Se añadieron diversas
cantidades de monofluorofosfato de potasio y de monofluorofosfato
de sodio a cada celda y se sumergió un clavo en las diferentes
disoluciones y se observó visualmente el desarrollo de las picaduras
de la corrosión, las cuales normalmente se producen en este caso,
durante 30 días. Se limpiaron los clavos en alcohol etílico al que
se había añadido 1% de ácido nítrico, después se aclararon cinco
veces con agua destilada y se transfirieron directamente del agua
destilada a la disolución del ensayo.
Después de limpiar y observar los clavos con una
lupa, parece que el cloruro de sodio en ese ambiente produce la
formación de picaduras de corrosión, sin desarrollo generalizado de
herrumbre en la superficie del clavo. El monofluorofosfato de
potasio ofrece una mejor protección que el monofluorofosfato de
sodio a la concentración 0,1M: no había picaduras visibles mientras
que con monofluorofosfato de sodio podían observarse ligeras
picaduras. A 0,5 M no había corrosión con ningún inhibidor.
Éste intenta simular el ambiente químico del
hormigón carbonatado. Se utilizó agua de red, porque contiene iones
calcio que están también presentes en el hormigón y desempeñan un
cometido activo en los procesos de corrosión.
Se añadió NaCl 0,5M en algunas de las
disoluciones para simular hormigón carbonatado contaminado con sales
descongelantes.
También se añadieron diversas cantidades de
monofluorofosfato de sodio y monofluorofosfato de potasio. Se
observó visualmente el desarrollo de la corrosión de los clavos
sumergidos durante treinta días. La preparación de las disoluciones
y los clavos es similar a la del Ejemplo 1.
Las fotografías de las Figuras 1 y 2 muestran que
comienza a desarrollarse un tipo general de corrosión típica de
ambientes neutros después de solamente unas pocas horas. En este
caso el efecto de los cloruros es secundario. Los inhibidores son
eficaces a una concentración más baja que en medio alcalino. El
monofluorofosfato de potasio es claramente más eficaz como un
inhibidor de la corrosión que el monofluorofosfato de sodio: ofrece
a una concentración de 0,01M aproximadamente la misma protección
que la que proporciona el monofluorofosfato de sodio a una
concentración de 0,05M. En otras palabras el monofluorofosfato de
potasio es cinco veces más eficaz como inhibidor de la corrosión
que el monofluorofosfato de sodio.
En las fotografías de las Figuras 1 y 2, la
corrosión da como resultado un oscurecimiento de los clavos. Los
clavos coloreados débilmente son el resultado de una inhibición de
la corrosión eficaz.
Se sumergieron por un extremo placas de hormigón
que tenían las dimensiones 15 x 15 x 2 cm durante 12 horas
respectivamente en disoluciones acuosas del 20% de:
Monofluorofosfato de sodio
Monofluorofosfato de potasio
Monofluorofosfato de amonio
Monofluorofosfato de tris
Se hicieron de nuevo por segunda vez los ensayos
con el inhibidor conocido monofluorofosfato de sodio para asegurar
la representatividad.
Se midieron los perfiles de concentración de los
monofluorofosfatos utilizando cromatografía iónica para cuantificar
con exactitud los iones fluorofosfatos solamente ya que ellos
constituyen una parte activa del inhibidor.
Los resultados muestran que sólo los
monofluorofosfatos de sodio y de potasio son capaces de penetrar
significativamente en el hormigón, siendo similares las
prestaciones de ambos productos. No hay una diferencia
significativa entre las prestaciones de penetración de los dos
productos.
Sin embargo, era notable y quizás inesperado que
los monofluorofosfatos de amonio y tris no penetrasen en el
hormigón ya que ambos productos tienen una solubilidad en agua muy
alta. Así parece que el funcionamiento de los monofluorofosfatos en
el hormigón puede depender en gran medida del catión presente.
Claims (10)
1. Un método de inhibir la corrosión en cemento
armado que contiene elementos de refuerzo de acero, que
comprende:
poner en contacto el hormigón armado con
monofluorofosfato de potasio.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el citado monofluorofosfato de potasio está en una
disolución acuosa.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2,
que comprende poner en contacto una superficie del citado hormigón
armado con la citada disolución acuosa de forma que el
monofluorofosfato de potasio en la citada disolución penetra en el
citado hormigón armado.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3,
en el que la citada disolución acuosa es rociada, pintada o
extendida con brocha como un recubrimiento en una superficie de
hormigón expuesta.
5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el monofluorofosfato de
potasio se aplica cuando el hormigón armado está en un estado
substancialmente seco.
6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 5, en el que la citada disolución contiene
hasta el 35% en peso de monofluorofosfato de potasio.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6,
en el que la citada disolución contienen de 5 a 20%, en peso, de
monofluorofosfato de potasio.
8. Un hormigón armado que contiene elementos de
refuerzo de acero y tiene una superficie de hormigón, conteniendo el
citado hormigón monofluorofosfato de potasio.
9. Un hormigón armado de acuerdo con la
reivindicación 8, en el que el citado monofluorofosfato de potasio
está presente en una zona del hormigón que se extiende
interiormente en el citado hormigón.
10. El uso de monofluorofosfato de potasio para
inhibir la corrosión en hormigón que contiene elementos de refuerzo
de acero.
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