ES2347624B1

ES2347624B1 - Dispositivo y procedimiento de uso para la eliminacion de agentes agresivos y repasivacion de la armadura de un hormigon armado con introduccion de inhibidores anionicos.

Info

Publication number: ES2347624B1
Application number: ES200803545A
Authority: ES
Inventors: Mercedes Sanchez Moreno; Maria Cruz Alonso Alonso
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: WO2010070174A1; ES2347624A1

Abstract

Dispositivo y procedimiento de uso para la eliminación de agentes agresivos y repasivación de la armadura de un hormigón armado con introducción de inhibidores aniónicos.

Dispositivo y procedimiento de uso para la eliminación de agentes agresivos en hormigón [1] armado, y repasivación de la armadura [2] por introducción de in-hibidores aniónicos, mediante la colocación de un ánodo externo [6] y de un cátodo externo [5] situados sobre la superficie del hormigón [1] a ambos lados de la armadura [2] y la conexión a su vez de la armadura [2] al cátodo externo [5]. La duración del procedimiento está controlada por el registro de la intensidad de corriente que pasa a través del sistema, de manera que el procedimiento se interrumpirá al registrarse una brusca caída de esta intensidad. La eficacia del tratamiento se evalúa posteriormente, por medida de la densidad de corriente de corrosión y/o del potencial de corrosión.

Description

Sector de la técnica

El dispositivo presentado en esta patente pertenece al sector de las técnicas y métodos de protección, reparación y preservación de las estructuras de hormigón armado. Su aplicación práctica se centra en construcciones ya en servicio, edificios antiguos, puentes u otros tipos de estructuras en los cuales hayan aparecido zonas de corrosión en su armadura debido a la presencia de agentes agresivos en el interior del hormigón (como cloruros y/o carbonatación). Se trata, desde luego, de un método para la eliminación de los agentes agresivos causantes de la corrosión de la armadura en estas estructuras, tanto aquellos que hayan penetrado en el hormigón en servicio desde el ambiente exterior, como aquellos que hayan sido añadidos en el momento de su construcción. El método se completa con la repasivación de la armadura por la introducción de inhibidores aniónicos, como por ejemplo el nitrito. El procedimiento presentado también es aplicable si se desea introducir simultáneamente al inhibidor amónico otro inhibidor catiónico, o en casos en los que no exista aún una corrosión activa de las armaduras o agente agresivo presente en el hormigón y, tan sólo, se quiera reforzar la protección de la capa pasiva, con la introducción del inhibidor amónico.

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Estado de la técnica

El empleo del hormigón armado como material de construcción ha sido masivo desde hace varias décadas. La naturaleza del hormigón permite la protección de las armaduras, no sólo al actuar como barrera física a la penetración de los elementos agresivos, sino que además, el contenido acuoso de los poros presenta un carácter fuertemente alcalino que favorece la formación de una película pasiva que protege a las armaduras frente a la corrosión.

Sin embargo, en los últimos años cada vez son más frecuentes las situaciones de pérdida de prestaciones de las estructuras por problemas de corrosión de las armaduras antes de cumplirse el tiempo de vida en servicio para el que han sido diseñadas. Son notables las pérdidas económicas que se producen anualmente como consecuencia de este fenómeno tan natural. Desde luego, la característica porosa del hormigón permite la entrada de agresivos para las armaduras a través de los poros, como el ión cloruro o el CO_{2} atmosférico, o bien, del mismo modo, porque se incorporen cloruros al hormigón durante su fabricación. Cuando el agente agresivo se encuentra en el entorno de la armadura, puede causar la rotura de la película pasiva protectora, iniciándose así un proceso de corrosión activa que viene acompañado de pérdidas en la sección de las armaduras, e igualmente, la generación de óxidos de carácter expansivo que, al final, provocan tensiones en el seno del hormigón, llegando incluso a producir su fisuración o delaminación.

En ocasiones de la práctica habitual, cuando una estructura está expuesta a ambientes muy agresivos, es necesario recurrir al empleo de métodos adicionales de protección, como son los inhibidores de corrosión con el fin de aumentar su resistencia, garantizando, de este modo, que la estructura cumpla con el "tiempo de servicio" para el que ha sido diseñada. En los últimos años, se están realizando estudios enfocados a evaluar la viabilidad de aplicar inhibidores de corrosión sobre la superficie del hormigón. Aprovechando la naturaleza porosa del hormigón, el inhibidor se transportará disuelto en el contenido acuoso de los poros, hasta alcanzar la armadura, incrementando su resistencia a la corrosión.

En otras situaciones, por contra, una estructura puede requerir de una reparación que permita recuperar sus prestaciones de diseño, garantizando su vida en servicio. Generalmente, lo que se plantea es una reparación basada en eliminar el hormigón en torno a la armadura, que está dañado por los fenómenos de corrosión a los que ésta se haya visto expuesta como consecuencia de la presencia del agresivo; se limpian los óxidos de la armadura y el hormigón se sustituye por un hormigón nuevo. No obstante, en los últimos años, se está haciendo un importante esfuerzo en el desarrollo de metodologías de reparación que proponen la eliminación del agresivo de la estructura. Estas técnicas se basan en la aplicación de un campo eléctrico entre la armadura conectada como cátodo y un ánodo externo. Entre todas ellas destaca la extracción electroquímica del cloruro y la realcalinización del hormigón. La extracción electroquímica del cloruro se enfoca a la eliminación de este ión del interior del hormigón gracias a su transporte favorecido este por la atracción electrostática del mismo hacia un ánodo externo. La realcalinización del hormigón busca recuperar el carácter alcalino de la fase acuosa del hormigón en torno a la armadura, a partir de la generación de iones hidroxilo que acompaña a la conexión de la armadura como cátodo.

A continuación, se presentan, por orden cronológico, las memorias de patentes en la que se describen los procedimientos, considerados como más representativos, relacionados con la extracción por vía electroquímica de productos perjudiciales (especialmente los cloruros) que por diversas circunstancias pueden haberse introducido en el hormigón dañando su armadura, así como, también, se explica la manera de conseguir la repasivación de la armadura del hormigón por introducción de inhibidores. Como podrá comprobarse, en ninguno de ellos se ha tratado el problema (y, consecuentemente, no se propone una solución) de extracción del cloruro y la introducción de inhibidores aniónicos simultaneamente.

\bullet: 17/04/1985 EP0200428. Removal of chlorides from concrete.

\bullet: 11/01/1988 US4865702. Process of electrochemically re-alkalizing reinforced concrete.

\bullet: 16/05/1989 US352266. Process for rehabilitating internally reinforced concrete by removal of chlorides. (véase ES2022031).

\bullet: 18/04/1991 JP3093681. Desalting of rc, src structure.

\bullet: 27/12/1991 JP5178678. Method for repairing concrete.

\bullet: 19/08/1992 CA2076436. Method and apparatus for the removal of chlorides from steel reinforced concrete structures.

\bullet: 01/09/1992 DE4229072. Restoring reinforced concrete by electrolytic removal of chloride ions - using electrolyte with resistance not negligible compared with that of concrete to reduce decomposition of water caused by varying thickness.

\bullet: 07/07/1993 GB2279664. Anode for impressed current re-alkalization and dechlorination of reinforced concrete subjected to carbonation attack or aggressive ion penetration.

\bullet: 13/05/1994 US5427819. Corrosion inhibiting repair and rehabilitation treatment process for reinforced concrete structures.

\bullet: 24/01/1995 FR2729694. Process for the regeneration and protection of reinforced concrete.

\bullet: 15/02/1997 GB2322139. Electrochemical treatment of concrete (véase WO9835922).

\bullet: 30/05/1998 EP0962432. Method and apparatus for the removal of ionic impurities from reinforced concrete structures.

\bullet: 05/08/1998 ES2151410. Incorporaron of ionic and ionizable materials in a concrete structure consists of application of a water container and of an ionizable solution container to opposite sides of the concrete.

\bullet: 18/10/2000 US6387244. Cathodic protection of reinforced concrete with impregnated corrosion inhibitor (véase WO0233147).

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De la lectura de los documentos reseñados, se consigna que la mayor parte de las patentes presentadas hasta la fecha, están, preferentemente, enfocadas a la rehabilitación de estructuras por extracción del ión cloruro o realcalinización del recubrimiento. En efecto, las Figuras 1a y 1b resumen, de un modo esquemático, dos tipos distintos de dispositivo empleados en general. En la figura 1a, en contacto con la superficie de hormigón [1] a tratar se coloca un dispositivo que contiene un electrodo exterior [6] sumergido en una disolución conductora [7]. Este electrodo exterior [6] actúa como ánodo conectado al polo positivo de la fuente de tensión [3], mientras que la armadura [2] actúa como un cátodo, conectado al polo negativo de la fuente de tensión [3]. La figura 1b, contempla la posibilidad de conectar dos electrodos externos [5] y [6] entre los que se sitúa la armadura [2] y, a su vez, ambos electrodos [5] y [6] se encuentran inmersos en sendas disoluciones conductoras [4] y [7], Una fuente de tensión continua [3] completa el montaje.

Cuál o cuáles son los electrodos exteriores [5] y [6] hace que los diferentes modelos expuestos en los documentos antes referidos, se puedan clasificar en las dos opciones que aparecen a continuación descritas con un mayor detalle.

En la opción de la figura 1a: Hay un solo electrodo exterior [6] que actúa como ánodo, inmerso en una disolución conductora (electrolito) [7], mientras que la armadura [2] actúa como cátodo. Esta opción se presenta en los documentos de patentes EP0200428, US35226, JP3093681, JP5178678, GB2279664, DE4229072. La última invención se centra en el desarrollo de un dispositivo para evitar los problemas del tratamiento asociados a variaciones del espesor del recubrimiento de hormigón a partir de un electrolito de resistencia no despreciable. La patente CA2076436 está enfocada fundamentalmente al desarrollo de un aparato para mantener la estructura porosa del hormigón continuamente saturada, aumentando de este modo la eficacia del método de eliminación de cloruros de las estructuras de hormigón armado. En la invención US6387244 es importante destacar que no se propone un método para la extracción electroquímica del ión cloruro, sino una metodología de protección catódica de las armaduras. En otra invención patentada, la EP0962432, destaca la particularidad de emplear un ánodo de sacrificio, de modo que la armadura actúa como cátodo frente al ánodo de sacrificio, y el transporte del ión cloruro hacia el exterior del hormigón es forzado por la corriente galvánica que se produce por conexión entre ánodo y cátodo. Finalmente, en la ES2151410, el procedimiento no se plantea para eliminación del ión cloruro del hormigón sino para la introducción en el hormigón de especies iónicas o ionizables, (contemplando entre este tipo a los inhibidores catiónicos).

En la opción de la figura 1b: Hay dos electrodos exteriores [5] y [6], que actúan respectivamente como cátodo y como ánodo, inmersos en sendas disoluciones conductoras (electrolitos), a saber, disolución conductora aniónica [4] y disolución conductora catiónica [7], y en contacto con la superficie del hormigón [1], mientras que, en este planteamiento, la armadura [2] queda despolarizada. Esta opción sólo se propone en la patente española ES2151410 aunque sólo se reivindica para introducir inhibidores de corrosión de cualquier naturaleza. Si se trata de anión, el inhibidor se sitúa en el compartimento anódico [27], que aloja la disolución conductora catiónica [7] y, por el contrario, si es un catión, en el compartimento catódico [24], que aloja la disolución conductora aniónica [4], sin contemplar la eliminación de agresivo (como cloruros).

Los documentos US4865702 y FR2729694 reivindican, solamente, la realcalinización del hormigón armado. En US4865702 se propone un método de realcalinización electroquímica del hormigón. Sin embargo, en la patente FR2729694 la propuesta es un método para restaurar el pH del entorno de una armadura embebida en un hormigón, por medio de la difusión de una disolución acuosa básica. Esto se lleva a cabo a partir de un electrodo externo (de un material distinto al de la armadura), de modo que entre ambas aparece una diferencia de potencial suficiente para provocar la migración de la disolución hacia el interior del hormigón.

El documento US63887244 propone un tratamiento de protección catódica de una estructura entre un ánodo externo y la armadura conectada como cátodo, contemplando la aplicación simultánea de un inhibidor de corrosión por flujo electroosmótico a partir de un circuito eléctrico secundario. A efectos de la presente patente, en US63887244 se está proponiendo un método de tratamiento diferente, al ser la protección catódica un tratamiento de protección permanente en contraste con el carácter temporal de los tratamientos de extracción de cloruros.

Igualmente, en la patente CA2076436 se plantea la aplicación de un inhibidor de corrosión simultáneo a un tratamiento de extracción de cloruros. Sin embargo en este caso, dada la disposición de los electrodos, con la armadura actuando como cátodo, no es posible favorecer el transporte de un inhibidor amónico, como es el caso propuesto en la presente patente.

El documento US5427819 explica un procedimiento para la reparación de estructuras de hormigón armado basado en la eliminación del hormigón contaminado en torno a la armadura y posterior saturación de la armadura con un inhibidor de corrosión.

El documento GB2322139 reivindica la aplicación de una corriente eléctrica entre un ánodo exterior sumergido en una disolución embebida en un material poroso adherido a la superficie del hormigón y un cátodo localizado internamente en el hormigón. Esta patente está enfocada al diseño de un dispositivo para la reducción de la producción de gases de cloro cuando el ión cloruro llega al ánodo procedente del interior del hormigón.

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Descripción de la invención Descripción breve de la invención

En el presente documento se describe un procedimiento para la eliminación del agente agresivo del hormigón, causante de la corrosión de la armadura, acompañada por la regeneración de la película pasiva.

El procedimiento está basado en la eliminación del agente agresivo para las armaduras por la actuación electroquímica del sistema en el seno del hormigón armado, contemplando una introducción simultánea de un compuesto aniónico inhibidor de corrosión, como por ejemplo el nitrito, a fin de reforzar la regeneración de la película pasiva. Para ello se propone un dispositivo, en el que además de dos electrodos externos [5] y [6] entre los que se aplica un campo eléctrico, la armadura [2] se conecta a su vez al cátodo externo [5], según se puede observar en la figura 2.

La novedad de esta propuesta reside en el hecho de que la conexión de dos electrodos externos, a saber, un cátodo externo [5] y un ánodo externo [6] no sólo favorece la eliminación del elemento agresivo (como cloruros o carbonatación del hormigón) en el seno del hormigón [1] sino también el transporte del inhibidor aniónico a través del recubrimiento de hormigón [1]. Además, al estar conectada la armadura [2] al cátodo externo [5] se evita cualquier riesgo de corrosión de dicha armadura[2] durante el tratamiento y, además, al generarse iones OH^{-} en la superficie de la armadura [2], se alcaliniza el hormigón [1] del entorno, acción importante en el caso de que el hormigón [1] se encuentre carbonatado.

Al hacer funcionar el sistema de este modo para el caso particular del ión cloruro, dicho ión cloruro se extrae del hormigón [1] por migración hacia el compartimento anódico [27] que contiene el ánodo externo [6] conectado al polo positivo de la fuente de corriente [3]. Simultáneamente, el transporte del inhibidor aniónico (por ejemplo, nitrito cálcico), colocado en el compartimento catódico [24] en contacto con el cátodo externo [5], es también acelerado a través del hormigón [1] por el ánodo externo [6], De esta manera, el anión inhibidor (por ejemplo nitrito), al atravesar el hormigón [1] desde el cátodo externo [5], alcanza a la armadura [2], conectada como cátodo interno [5]. Debido a la conexión de la armadura [2] al cátodo interno [5], dicha armadura [2] queda protegida de cualquier proceso de oxidación anódica durante el tratamiento. Así, el inhibidor aniónico queda disuelto en los poros del hormigón [1] y en el entorno de la armadura [2], de modo que una vez terminada la operación, puede dicho inhibidor aniónico actuar sobre dicha armadura[2] ejerciendo su acción inhibidora y favoreciendo la formación de una nueva película pasiva.

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Descripción detallada de la invención

En la Figura 2 se describen las partes y componentes esenciales del dispositivo presentado en esta invención. Se diferencia una parte A (recuadro superior) que contiene los dispositivos electrónicos para realizar el tratamiento y posterior verificación de la eficacia del tratamiento, y una parte inferior, B, correspondiente a los elementos a colocar sobre la estructura de hormigón a tratar. Los componentes de ambas partes son:

a): Dos electrodos metálicos externos, a saber, cátodo externo [5] y ánodo externo [6], en contacto con dos superficies opuestas del bloque de hormigón [1] a tratar, y conectados respectivamente al polo negativo (-) y positivo (+) de la fuente de corriente [30].

b): La conexión eléctrica del cátodo [5], a la armadura [2] interna del hormigón [1].

c): Dos compartimentos, a saber, compartimento catódico [24] y compartimento anódico [27], que pueden ser un recipiente conteniendo las disoluciones y/o con material poroso (por ejemplo, spontex, o similar) en contacto con los electrodos externos [5, 6] y conteniendo las disoluciones: disolución conductora aniónica [4] (por ejemplo inhibidor catiónico o agua en el compartimento catódico [24] y disolución conductora catiónica [7], de inhibidor aniónico, en el compartimento anódico [27].

d): Un generador de corriente [30] continua estabilizada, con mandos de ajuste de tensión de trabajo y corriente máxima.

e): Relé [8] para la conexión de la armadura [2] al cátodo exterior [5].

f): Aparatos de medida para la monitorización y registro, de tensión eléctrica [9a] y de corriente [9b] generada durante el tratamiento.

g): Un analizador [10] de la corriente registrada con temporizador, para determinar el momento de desconexión y finalización del tratamiento.

h): Un potenciostato/galvanostato [11] para confirmar a partir de medidas electro químicas la eficacia del tratamiento una vez terminado.

i): Electrodo de referencia [12],

j): Un registrador [13] de corriente de corrosión y del potencial de corrosión.

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Para mayor claridad, en la figura 3 se describen en detalle los componentes de la parte B del dispositivo inventado, dichos componentes esenciales son:

[1] Hormigón, [2] armadura, [30], generador de corriente, [27] compartimento catiónico, [5] cátodo externo, [6] ánodo externo, [24] compartimento aniónico.

Tanto el cátodo externo [5] como el ánodo externo [6] que deben cubrir toda la superficie a tratar de hormigón [1], están constituidos por un elemento conductor o metálico, preferiblemente de malla de titanio activado, colocados en el interior de una superficie porosa (spontex o similar) y humedecible con el compuesto inhibidor aniónico en contacto con el cátodo [5] y agua o inhibidor catiónico en el ánodo [6].

La necesidad de introducir un compuesto inhibidor aniónico, justifica la presencia de un compartimento catódico [24] para contener la disolución aniónica [4] con el inhibidor aniónico (catolito); asimismo, el sistema exige la inclusión de un compartimento anódico [27] con un electrolito conductor, que incluso puede contener un inhibidor catiónico que también puede penetrar en el bloque de hormigón hacia la armadura, durante el tratamiento. En el compartimento anódico [27] es donde se recogerán los cloruros en el caso de la extracción de los mismos. Ambos compartimentos, [24] y [27], contribuyen a favorecer el contacto entre los electrodos externos [5, 6] y la superficie del hormigón [1], así como para alojar los electrolitos, se coloca un material poroso, como por ejemplo spontex, o similar.

La disposición de la interfase descrita, electrodos/compartimentos/compuestos inhibidores, constituyen una parte esencial de la invención, que se completa con la conexión de los electrodos [5, 6] con la armadura: cátodo externo [5] conectado con armadura [2] y ambos conectados al ánodo externo [6], Es conocido que una armadura [2] se corroe como consecuencia de la presencia de agentes agresivos (como cloruros o carbonatación) en el hormigón [1] que la rodea, bien porque procedan del ambiente exterior (ambiente marino, sales de deshielo, reacción con el CO_{2} atmosférico) o porque hayan sido incorporados desde el amasado. A partir de medidas electroquímicas, como el potencial de corrosión (E_{corr}) y/o la resistencia a la polarización (R_{P}), parámetro directamente relacionado con la velocidad de corrosión de las armaduras, es posible detectar este fenómeno. En la norma ASTM C-876-91 se recogen los criterios que asocian los valores del potencial de corrosión (E_{corr}) de la armadura al riesgo de corrosión. En cuanto a los criterios de pasividad a partir de la velocidad de corrosión, empleados aquí como referencia, se recogen en el Informe final de la acción COST 521, Corrosion of steel in reinforced concrete structures, Edt. Cigna R., Andrade, C., Nurnberger, U., Polder, R., Weydert R. and Seitz E., European communities, (2003) 82-11.

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De este modo, una vez se ha detectado que una armadura [2] está sufriendo un proceso de corrosión activa, en muchas ocasiones es necesario reparar la estructura en la que se encuentra. Entre los múltiples métodos de reparación que existen, en los últimos años están jugando un papel importante los métodos de reparación electroquímica de las estructuras, basados en la eliminación del agente agresivo de la estructura, según se ha descrito en cualquiera de los procedimientos de la opción de la figura 1a referidos en el estado de la técnica.

El procedimiento que se describe continuación (esquematizado en la figura 3) contempla no solo la eliminación del agente agresivo, que en el caso del ión cloruro migrará desde el interior del hormigón [1] hacia el compartimento anódico [27] (donde hay una disolución catiónica [7] conteniendo el ánodo exterior [6]), sino que al mismo tiempo, se introduce un inhibidor aniónico desde el compartimento catódico [24] (donde hay una disolución aniónica [4] conteniendo el cátodo exterior [5]) hacia el compartimento anódico [27], pasando por el hormigón [1] en contacto con la armadura [2] conectada a su vez al cátodo [5], todos ellos conectados al generador o fuente de corriente [30].

Adicionalmente, la conexión de la armadura [2] como cátodo favorece la reacción de reducción de los óxidos de hierro que sobre ella existieran previamente durante su corrosión activa, así como su inmunidad frente a la corrosión:

FeO_{x} + xH_{2}O + 2xe^{-} \rightarrow Fe + 2xOH^{-}

La conexión de la armadura [2] como cátodo está acompañada también de un proceso de generación de iones hidroxilo que contribuirán a mantener el elevado pH del hormigón [1] cerca de la armadura [2] y por tanto se verá favorecida la regeneración de la película pasiva.

Como ya se ha apuntado en líneas arriba, el problema técnico que se trata de resolver es evitar que el proceso de corrosión de la armadura [2] aparezca, o se reproduzca, para lo cual se puede plantear la posibilidad de introducir un inhibidor de la corrosión. Si dicho inhibidor de la corrosión es catiónico, no debe haber dificultad en realizar ambas operaciones simultáneamente, introduciendo en el compartimento anódico [27] el inhibidor y favoreciendo su transporte hacia la armadura [2] conectada como cátodo, de modo que no se está contemplando la posibilidad de utilizar inhibidores aniónicos, como los nitritos, inhibidor que hasta la actualidad ha demostrado ser el inhibidor más eficaz. Este efecto inhibidor de los nitritos está explicado en la patente US5427819 ya citada, en la que se incluye como mecanismo de actuación del nitrito la reacción con los iones Fe^{++} en la superficie del acero de la armadura de acuerdo con el siguiente proceso:

2 Fe^{++} + 2 OH^{-} + 2 NO_{2}^{-} \rightarrow .2 NO\uparrow + Fe_{2}O_{3} + H_{2}O

En la citada patente se plantea la aplicación superficial de inhibidores de corrosión únicamente después del tratamiento de reparación por eliminación del hormigón [1] dañado.

Se ha comprobado experimentalmente que la opción de la figura 1b, antes comentada, al dejar la armadura [2] sin conectar al generador de corriente [30], no es muy apropiada para realizar ambas operaciones simultáneamente, posiblemente debido a que, al estar la armadura [2] en medio de un campo eléctrico, dicha armadura [2] se polariza a un potencial intermedio, actuando, en cierto modo como ánodo, y evitando así la deseable pasivación de la armadura [2].

Se ha comprobado, así mismo, que estas dificultades pueden resolverse simplemente conectando la armadura [2] al cátodo exterior [5] como se indica en la figura 3. De esta manera, dado que el hormigón [1] armado está constituido por barras, conectadas eléctricamente entre si, lo que permite que el campo eléctrico pase entre ellas. En la figura 4 se muestra la dirección y sentido del transporte de cloruro, OH^{-} e inhibidor aniónico dentro de la probeta de hormigón [1]. Como se indica en la figura 4, la línea llena indica que se está favoreciendo la introducción del inhibidor aniónico (por ejemplo el nitrito) en el hormigón [1] y la salida de los cloruros del mismo, mientras que la armadura [2], actuando como cátodo, da lugar a un segundo campo (línea de puntos) que permite la reducción del óxido y generación de OH^{-}, al tiempo que el ión cloruro es electrostáticamente repelido por la superficie de la armadura, además de la llegada del inhibidor aniónico.

En concreto, en la figura 4 se presentan como círculos el corte transversal de las armaduras [2]; al estar todas las armaduras [2] en contacto entre sí, basta que la conexión eléctrica entre el cátodo externo [5] y la armadura [2] se haga sobre una de ellas. En esta figura se representan las líneas del campo eléctrico aplicado; en línea llena las líneas de campo eléctrico que van del cátodo exterior [5] al ánodo exterior [6] y que transportan el inhibidor aniónico a través de la masa del hormigón [1]) y, también, se ven las líneas de puntos que van de las armaduras [2] al ánodo externo [6]. Naturalmente entre cátodo externo [5] y armadura [2] no aparecen estas líneas de campo discontinuas ya que ambos electrodos están al mismo potencial.

Es importante destacar que el procedimiento propuesto en la presente invención para la eliminación del agente agresivo (realcalinización o extracción del ión cloruro), al contemplar la conexión de la armadura [2] como cátodo y a su vez, la introducción simultánea del inhibidor aniónico, va a contribuir a recuperar y reforzar la película pasiva sobre la armadura [2] tras el tratamiento en situaciones en las que la extracción del ión agresivo (por ejemplo, el cloruro) haya sido parcial, o cuando, con el tiempo, tras la realcalinización se produce posteriormente un descenso del pH a nivel de la armadura [2] por difusión de los OH^{-} generados en dicha armadura [2] durante el tratamiento que impiden la continuidad de la protección. El dispositivo y procedimiento de uso de la presente invención asegura no solo la regeneración de la película pasiva en la armadura [2] tras el tratamiento, sino la perduración en el tiempo de la protección.

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Procedimiento de control de funcionamiento del dispositivo durante el tratamiento

Durante el tratamiento, al aplicar el campo eléctrico registrado en el aparato medidor de tensión [9a] desde el generador de corriente [30] en la figura 2, se detecta un incremento brusco de la corriente pasada por el sistema, registrada y analizada por el aparato medidor de corriente [9b], de forma que al producirse una caída brusca de corriente el temporizador del aparato medidor de corriente [9b] salta y se desconecta el generador de corriente [30] y salta el relé en [8] entre la armadura [2] y el cátodo exterior [5].

En la figura 5 se muestra la medida de la densidad de corriente pasada durante la conexión del tratamiento llevado a cabo por aplicación de un voltaje de 12 V DC entre ánodo y cátodo mantenida durante 5 días. Esta gráfica prueba la posibilidad de disponer un sistema de control cuando se mide en modo continuo la intensidad que pasa a través de las armaduras [2] durante el tratamiento. De esta forma, cuando se detecta una caída de la intensidad (superior al 70%) se desconecta el sistema y finaliza el tratamiento.

El análisis del contenido de los poros del hormigón [1] en las proximidades de la armadura [2] después del tratamiento ha mostrado que cuando tiene lugar esta caída de intensidad, se ha alcanzado una eficacia en la extracción de cloruros por encima del 75% y que el ión nitrito ha llegado a la armadura, estando presente en una concentración 0.1 M.

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Criterio para determinar cuándo el tratamiento ha terminado satisfactoriamente por medio de la medida de la densidad de corriente de corrosión de la armadura

Cuando se termina el tratamiento, el inhibidor queda disuelto en los poros del hormigón [1] y favorece la regeneración de la película pasiva al ejercer su capacidad protectora sobre los procesos de pasivación de la armadura [2]. La figura 6 indica cómo debe tener lugar la conexión para la comprobación de la eficacia del tratamiento. El dispositivo (una vez desconectada la corriente del generador de corriente [30] y abierto el relé [8] de la figura 2) para comprobar la eficacia del tratamiento se conecta internamente, como se indica en la figura 6, cerrando un circuito de tres electrodos entre los que se mide el potencial y la densidad de corrosión de la armadura con el potenciostato/galvanostato [11]: electrodo de trabajo (armadura [2]), electrodo auxiliar (el ánodo externo [6] introducido en el compartimento anódico [27]) y electrodo de referencia [12] directamente en contacto con la disolución del compartimento anódico [27], para las medidas de potencial de corrosión y densidad de corrosión de la armadura [2]que se registran en el registrador [13] de intensidad.

En la figura 7 se puede observar la respuesta electroquímica de la armadura [2] tras la desconexión del tratamiento en medidas de densidad de corriente de corrosión y del potencial de corrosión. En el Informe final de la acción COST 521, Corrosion of steel in reinforced concrete structures, Edt. Cigna R., Andrade, C., Nurnberger, U., Polder, R., Weydert R. and Seitz E., European communities, (2003) 82-111, los valores por debajo de 0.2 microA\cdotcm^{-2} se consideran despreciables en cuanto a pérdida de acero por corrosión de la armadura [2], De este modo se confirma que pasados 10 días desde el tratamiento, la situación de pasivación de la armadura [2] se ha recuperado, encontrándose dicha armadura [2] protegida frente a la corrosión, situación que se ha mantenido durante más de 3 meses desde el tratamiento.

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Procedimiento para llevar a la práctica el objeto de esta invención

A continuación se describe con detalle una de las posibles maneras de llevar a cabo el procedimiento objeto de la presente invención. El dispositivo propuesto (que ha sido el empleado en los ensayos del ejemplo que se expondrá a continuación), se esquematiza en la Figura 2 de la que pasamos a describir sus elementos fundamentales:

Partiendo de una fuente de corriente [30] continua conectada a la corriente de la red de 220/380 V (salvo que se desee que la unidad sea autónoma, caso en el que será necesario utilizar baterías) se alimenta un rectificador capaz de dar una tensión estabilizada de hasta 12 V de corriente continua regulable mediante el correspondiente potenciómetro. En elementos de gran tamaño puede contemplarse la necesidad de aumentar esta tensión en función del espesor del bloque de hormigón [1] a tratar. A efectos de evitar cortocircuitos, mediante otro potenciómetro se fija la corriente máxima que puede obtenerse del dispositivo. Los valores de la tensión aplicada, así como la corriente consumida, podrán verse en los correspondientes instrumentos situados en el panel de control del dispositivo, en el cual se sitúan tres bornes (con las correspondientes identificaciones) para la conexión a los electrodos exteriores y a un punto de la armadura [2].

Tras situar el material poroso impregnado con los electrolitos de los compartimentos [24, 27] en las paredes exteriores de la estructura a tratar y conectar los electrodos a los bornes correspondientes, se pulsa el interruptor de arranque, con lo que se cierra la conexión con el relé [8] de la figura 2 que conecta la armadura [2] con el borne negativo al que se conecta el cátodo exterior [5]. Se ajustan los parámetros de tensión y corriente y comienza a realizarse el proceso.

Las soluciones con las que está impregnado el material poroso (spontex o similar), con la disolución de inhibidor aniónico, la que contiene el cátodo externo [5], y con agua o disolución conductora con inhibidor catiónico, la que contiene el ánodo externo [6], se reponen periódicamente mediante un sistema de goteo o cualquier otro adaptable a las condiciones físicas.

Un sistema eléctrico apropiado, analiza de forma continua la intensidad de la corriente que atraviesa la masa de hormigón [1] a tratar y determina el momento en que la intensidad cae de forma casi instantánea (véase la figura 5) a más del 70%. Mediante un temporizador se mantendrá la corriente durante un tiempo que se fijará previamente (en principio 24 horas).

Transcurrido este tiempo, el sistema acaba su cometido y se desconecta de la fuente de corriente [30]. Sin embargo, como es necesario confirmar el estado de corrosión de la armadura [2] y la eficacia del tratamiento, es importante tomar medidas de potencial de la corrosión y de la densidad de corriente de corrosión de la armadura [2] tras la desconexión del tratamiento. Esta comprobación puede hacerse independientemente o bien incluyendo en el equipo una unidad que puede conectarse como se indica en el esquema de la Figura 6. En este caso, cuando termina el proceso y se desconecta la fuente de tensión [30], se abre el relé [8] y se manda la tensión de red al potenciostato [11] el cual, en función de la curva corriente-tiempo registrada en registrador de intensidad [13] (figura 7), permitirá obtener la medida de la resistencia a la polarización (R_{P}) en la armadura [2], directamente relacionada con la densidad de corriente y el potencial de corrosión, conectando para ello el ánodo externo [6] y el electrodo de referencia [12] a la armadura [2], para conocer si el proceso ha terminado correctamente confirmado porque se han alcanzado valores de densidad de corrosión inferiores a 0.2 microA\cdotcm^{-2} o potenciales de corrosión > -250 mV (ESC) en la armadura [2], Si pasado un tiempo superior a 15 días no se han alcanzado estos valores, será necesario repetir el proceso. Dada la duración de la confirmación de la eficacia del tratamiento (un mínimo de unos 90 días), el dispositivo puede disponer de un sistema de alarma y/o de repetición del ciclo.

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Descripción detallada de las figuras

Figura 1a. Esquema de los dispositivos según una primera opción de colocación de los electrodos de acuerdo con los documentos analizados en el estado de la técnica.

Figura 1b. Esquema de los dispositivos según una segunda opción de colocación de los electrodos de acuerdo con los documentos analizados en el estado de la técnica.

Figura 2. Descripción de componentes electrónicos en el montaje para llevar a cabo la presente invención: A) Descripción de los componentes electrónicos para llevar a cabo el procedimiento, B) componentes para colocar sobre la estructura.

Figura 3. Esquema simplificado de la manera de llevar a cabo la presente invención en el dispositivo B.

Figura 4. Esquema de un corte transversal (vista cenital) perpendicular a un bloque de hormigón armado. Dirección del flujo de líneas de corriente y transporte iónico durante el tratamiento.

Figura 5. Diagrama densidad de corriente-tiempo en el transcurso del tratamiento descrito en la presente invención.

Figura 6. Esquema del circuito potenciostático para confirmación de la eficacia del tratamiento.

Figura 7. Evolución temporal de la densidad de corriente de corrosión de la armadura tras el tratamiento de eliminación de agresivos (como cloruros) con introducción simultánea de inhibidor aniónico (como nitrito) en el hormigón.

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Ejemplo de realización de esta invención

Para demostrar la aplicación industrial de esta invención se realizó una prueba que consistió en la pasivación de una probeta de hormigón [1] de tipo mortero armado, de 8x5.5x2 cm, fabricado con cemento portland y arena silícea en proporción 1/3 y agua/cemento= 0,5 añadiendo 1% de cloruro en peso de cemento. El procedimiento de pasivado de la probeta se describe a continuación.

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Paso 1

Preparación de las probetas

Se partió de una muestra de mortero contaminada con cloruro desde el inicio, para ello, el cloruro se añadió durante el amasado del bloque. Las probetas de mortero se mantuvieron en ambiente controlado de humedad (> 95% HR) y temperatura (20 \pm 2ºC) y periódicamente se tomaron medidas de potencial y densidad de corriente de corrosión a partir de un potenciostato [11] dotado de un sistema de compensación de la caída ohmica (en este ejemplo AMEL 551). Las probetas de mortero con cloruro se mantuvieron un tiempo con elevados valores de intensidad de corrosión (> 0.2 microA\cdotcm^{-2}) y posteriormente se llevó a cabo un tratamiento de reparación. Como compartimentos anódico [27] y catódico [24] se emplearon mantas de spontex.

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Paso 2

Tratamiento de la probeta corroída

Una vez registradas densidades de corriente de corrosión indicativas de un proceso de corrosión activa para garantizar una corrosión sobre la armadura, se montó el dispositivo para el tratamiento de extracción electroquímica de cloruros simultánea a la incorporación del inhibidor aniónico según se ha descrito en la presente invención. En este caso se empleó nitrito cálcico, Ca(NO_{2})_{2} 0,5 M.

La figura 5, corresponde a la identificación del buen funcionamiento de la etapa del tratamiento con el campo eléctrico, durante la extracción del cloruro e introducción del inhibidor. Se aprecia claramente como durante el tratamiento se registran elevados valores de corriente que pasa por el sistema, superiores a 10 mAcm^{-2} indicativos del buen funcionamiento del procedimiento, así como una caída brusca de la corriente cuando el final del tratamiento había tenido lugar, aunque en este caso se mantuvo un tiempo extra conectado con el fin de conocer si el cambio era permanente.

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Paso 3

Evaluación de la eficacia del tratamiento y análisis de la muestra

Según se ha descrito en la invención, tras detectar una caída de la intensidad registrada durante la conexión del tratamiento éste se desconectó y se tomaron medidas periódicas del potencial de corrosión y de la densidad de corriente de corrosión de la armadura [2] para evaluar la eficacia del tratamiento y confirmar que la armadura [2] tras el mismo recuperaba nuevamente una situación de pasividad.

Al final del ensayo, la probeta de hormigón [1] se rompió con el fin de hacer la evaluación visual del estado superficial de la armadura [2], Se pudo hacer análisis del contenido de cloruro y de nitrito de los poros del hormigón [1] para evaluar la eficacia de extracción de cloruros y de la introducción del inhibidor.

Los resultados de esta prueba se describen gráficamente en la Figura 7. En cuanto a la figura 7, La determinación de la densidad de corriente de corrosión a lo largo del tiempo en la armadura [2] tras el tratamiento, que va descendiendo con el tiempo hasta alcanzar valores inferiores a 0,1 microAcm^{-2} que se mantuvieran constantes en el tiempo e indicando que la repasivación de la armadura [2] se había logrado.

Claims

1. Dispositivo para eliminar agentes agresivos en un bloque de hormigón [1] armado y repasivación de su armadura [2] metálica con introducción de inhibidores aniónicos, caracterizado porque comprende las partes siguientes:

a): Dos electrodos metálicos externos, un cátodo externo [5] y un ánodo externo [6], en contacto con dos superficies opuestas del bloque de hormigón [1] a tratar, y conectados respectivamente como cátodo y ánodo a un generador de corriente [30];

b): La conexión eléctrica del cátodo externo [5], a la armadura interna del hormigón [1];

c): Dos compartimentos, un compartimento catódico [24] y un compartimento anódico [27], conteniendo respectivamente una disolución conductora aniónica ([4] y una disolución conductora catiónica [7], así como material poroso, en contacto con los electrodos externos [5, 6] y conteniendo asimismo las siguientes disoluciones: disolución conductora o agua en el compartimento anódico [27] y disolución de inhibidor aniónico en el compartimento catódico [24];

d): Un generador de corriente [30] continua estabilizada, con mandos de ajuste de tensión de trabajo y corriente máxima;

e): Relé [8] para la conexión de la armadura [2] al cátodo exterior [5];

f): Aparatos de medida para la monitorización y registro de tensión eléctrica [9a] y de corriente [9b] generada durante el tratamiento;

g): Un analizador de la corriente registrada [10] con temporizador, para determinar el momento de desconexión y finalización del tratamiento;

h): Un potenciostato/galvanostato [11] para confirmar a partir de medidas electroquímicas la eficacia del tratamiento una vez terminado;

i): Electrodo de referencia [12];

j): Un registrador de corriente de corrosión y del potencial de corrosión [13];

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2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el ánodo [6] y el cátodo [5] están constituidos por un elemento conductor, así como están colocados en el interior de una superficie porosa y humedecible con las disoluciones en contacto con los electrodos externos [5, 6] correspondientes.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el elemento conductor es metálico.

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el elemento metálico es una malla de titanio activado.

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el hormigón [1] está aún no corroído, para evitar la corrosión futura, o corroído parcialmente, para eliminar la causa de la corrosión.

6. Procedimiento para eliminar agentes agresivos en un bloque de hormigón [1] armado y repasivación de su armadura metálica con introducción de inhibidores aniónicos, caracterizado porque en una primera etapa de aplicación comprende:

a): polarizar positivamente el ánodo externo [6] con una tensión eléctrica continua, en contacto con la superficie externa del bloque de hormigón [1].

b): polarizar negativamente el cátodo externo [5] y la armadura [2] del hormigón [1] con una tensión eléctrica continua, en contacto con la superficie opuesta del bloque y donde dicho cátodo externo [5] se encuentra previamente humedecido con una disolución acuosa de un compuesto inhibidor aniónico.

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7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque comprende el control de la densidad de corriente eléctrica, mediante un potenciostato [11].

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque incorpora una etapa de término del procedimiento cuando el medior de intensidad detecta valores de intensidad de corriente de corrosión inferiores a 0.2 microA.cm^{-2} o cuando el medidor de potencial de corrosión detecta valores de potencial de corrosión superiores a -250 mV.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque se aplica a bloques de hormigón [1] aún no corroído, para evitar corrosión futura, o de hormigón [2] parcialmente corroído, para eliminar la causa de la corrosión.