ES2584833T3 - Proceso de tratamiento para el hormigón - Google Patents

Abstract

Uso de un ánodo y una fuente de alimentación CC para proteger el acero en construcciones de hormigón, cuyo uso comprende extraer una corriente desde al ánodo hasta el acero usando la fuente de alimentación CC para suministrar un tratamiento con corrientes impresas temporal adaptado para mejorar el entorno en el acero para detener la corrosión del acero y el posterior suministro desde el mismo ánodo hacia el acero a un tratamiento preventivo de baja intensidad adaptado para inhibir la corrosión del acero en el que el tratamiento con corrientes impresas temporal es un tratamiento de alta intensidad con respecto al tratamiento preventivo de baja intensidad y el ánodo comprende un elemento metálico de sacrificio que experimenta la disolución del metal de sacrificio como la principal reacción anódica.

Description

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DESCRIPCION

Proceso de tratamiento para el hormigon Campo tecnico

La presente invencion se refiere al tratamiento electroqmmico del hormigon armado para protegerlo del deterioro procedente de la corrosion del acero. Mas espedficamente, la presente invencion se refiere a un tratamiento electroqmmico dbrido para detener la corrosion del refuerzo de acero y evitar posteriormente el inicio de la corrosion.

Antecedentes de la tecnica

La corrosion del acero en el acero reforzado es un problema importante. Se han utilizado tratamientos electroqmmicos tanto temporales como permanentes para detener este problema. Estos implican hacer pasa una corriente a traves del hormigon hasta el acero procedente de un sistema anodico instalado. En todos los casos, el acero se convierte en el catodo de la celda electroqmmica formada. En el tratamiento electroqmmico mediante corrientes impresas, el anodo se conecta al polo positivo y el acero se conecta al polo negativo de una fuente de tension CC. En el tratamiento electroqmmico mediante electrodo de sacrificio, la corriente de proteccion procede de la corrosion de anodos de sacrificio que estan conectados directamente al acero.

Los tratamientos electroqmmicos continuos a largo plazo se instalan con la intencion de mantener el tratamiento en el futuro previsible. El periodo de tratamiento electroqmmico normalmente se mide en anos. Una familia bien conocida de tecnicas continuas o a largo plazo es la proteccion catodica. Incluye la proteccion por corrientes catodicas impresas, proteccion mediante catodo se sacrificio, proteccion catodica intermitente y prevencion catodica. En estas tecnicas, un anodo a largo plazo o permanente suministra una pequena corriente al refuerzo de acero. Las densidades de corriente promedio, expresadas por unidad de area de superficie del acero suelen estar comprendidas entre 2 y 20 mA/m2 para detener el deterioro existente y de 0,2 a 2 mA/m2 para evitar el inicio del deterioro. La corriente puede estar pulsada, pero las corrientes promedio aplicadas suelen estar en los intervalos anteriores. La corriente se debe ajustar de vez en cuando, con ajustes basados en el analisis de datos de rendimiento.

Los tratamientos electroqmmicos temporales o a corto plazo se instalan con la intencion de suspender el tratamiento en el futuro previsible. El periodo de tratamiento electroqmmico normalmente se mide en dfas, semanas o meses. Los tratamientos temporales disenados para detener la corrosion del refuerzo incluyen la extraccion de cloruros (documento US 6027633) y la realcalinizacion (documento US 6258236). En estos sistemas, un anodo instalado temporalmente se utiliza junto con un suministro de alimentacion CC temporal para suministrar una corriente importante, de aproximadamente 1000 mA/m2 expresada por unidad de area de superficie del acero durante un corto periodo de tiempo (normalmente, menos de 3 meses) al refuerzo de acero.

Los anodos son electrodos que soportan un proceso de oxidacion neta. Los anodos para estructuras de hormigon pueden dividirse en anodos inertes o anodos de sacrificio. Se pueden subdividir en anodos incluidos en una matriz porosa o anodos que se conectan a la superficie del hormigon de tal forma que quedan expuestos y accesibles, asf como en anodos discretos o no discretos. Los sistemas anodicos que incluyen un anodo y un electrolito de suporte se pueden dividir en sistemas anodicos temporales y a largo plazo. Se proporciona un resumen de las diferencias en los siguientes parrafos.

Los anodos inertes resisten el consumo de anodo. Se han utilizado en la mayona de tratamientos electroqmmicos, siendo la principal excepcion la proteccion mediante sacrificio anodico. La reaccion anodica principal es la oxidacion del agua que produce oxfgeno gaseoso y acido. El acido ataca la pasta de cemento del hormigon. Como resultado, la densidad de corriente que sale del anodo inerte tiende a estar limitada a menos de 200 mA/m2 expresada por unidad de superficie de anodo. Un sistema anodico ampliamente utilizado es una malla de titanio revestida con oxido metalico mixto (MMO) incluida en una superposicion de cemento sobre la superficie del hormigon (US 5421968). Tambien se ha utilizado un anodo de oxido de titanio poroso discreto que se reivindica que suministra densidades de corriente anodica mas elevadas de hasta 1000 mA/m2 desde la superficie del anodo (US 6332971).

Los anodos de sacrificio se consumen en el proceso de suministrar la corriente de proteccion. La reaccion anodica principal es la disolucion del metal de sacrificio. Como resultado, la vida del atomo de sacrificio es limitada. Los anodos de sacrificio se han implicado como anodos discretos incluidos (enterrados) en sistemas de prevencion catodica mediante sacrificio (documento WO 9429496) y como una malla con una superposicion en forma de proteccion catodica con sacrificio (documento US 5714045). Sin embargo, el uso de sistemas anodicos de sacrificio incluidos esta desalentado por la necesidad de sustituir los anodos al final de su vida. Los sistemas anodicos de sacrificio tambien se han conectado directamente a la superficie del hormigon (documento US 5650060) y son accesibles para facilitar la sustitucion del anodo. El uso de anodos de sacrificio en un papel de corriente impresa esta desalentado por el consumo mas rapido del anodo en esta funcion. Sin embargo, los anodos aplicados a la

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superficie son faciles de sustituir, y este sistema se ha utilizad como un anodo de corriente impresa a densidades de corriente anodicas inferiores a 25 mA/m2 (documento 5292411).

Los anodos discretos son anodos compactos individualmente diferentes que normalmente estan incluidos en orificios del hormigon o estan instalados en sitios donde se realizan reparaciones del hormigon mediante parcheado. Una descripcion de los anodos discretos se proporciona en el documento US 6217742. Loa anodos discretos incluidos estan fuertemente vinculados al hormigon, y los fallos de union son menos habituales para anodos discretos que para anodos no discretos unidos a superficies de hormigon.

El documento US6419816B describe un proceso que utiliza un tratamiento electroosmotico para el hormigon armado como un primer tratamiento, que rapidamente va seguido de proteccion catodica a una tension comparablemente baja.

El documento GB 2389591A describe otro conjunto para su insercion en un hueco entre una seccion del hormigon armado y otra estructura solida; donde el conjunto anodico comprende un anodo de sacrificio y un conductor electronico no de sacrificio.

Los sistemas anodicos temporales normalmente estan conectados a la superficie de hormigon para suministrar tratamientos electroqmmicos temporales de alta intensidad a corto plazo, y se retiran al finalizar el periodo de tratamiento, que suele ser menor a 3 meses. Los anodos temporales estan rodeados por un electrolito temporal, tal como un lfquido contenido en un tanque o material electrolttico tal como fibra de celulosa saturada, que se retira facilmente al final del proceso de tratamiento (documento US 5538619). Para respalda la corriente de salida alta, se necesita una elevada tension de impulsion junto con un elevado volumen de electrolito. En contraste, los sistemas anodicos a largo plazo, previstos para suministrar una corriente de proteccion durante varios anos, estan fuertemente apegados al hormigon, y pueden estar incluidos en cavidades dentro del hormigon para mejorar la union al anodo.

Divulgacion de la invencion Problema tecnico

La proteccion catodica mediante corrientes impresas es el mejor metodo demostrado de los existentes para detener la corrosion del acero inducida por cloruros en el hormigon. Sin embargo, requiere un elevado nivel de mantenimiento cuando se compara con otros requisitos de inspeccion o mantenimiento de las estructuras de hormigon armado. Ademas, los sistemas de proteccion catodica mediante corrientes impresas se suelen poner en funcionamiento cuando se han reparado todas las zonas del hormigon deslaminadas y fragmentadas, y solamente entones a densidades de corriente de proteccion significativamente inferiores a las velocidades de corrosion local del acero, ya que el inicio de las corrientes de proteccion catodica elevadas tiene efectos perjudiciales, que dan como resultado la generacion de acidos y gases de algunos sistemas anodicos. Aunque una tension baja eventualmente detiene la corrosion, el dano inducido por la corrosion continua sucediendo hasta que el proceso de corrosion se detiene.

Los tratamientos electroqmmicos temporales detienen rapidamente el proceso de corrosion y no tienen requisitos de mantenimiento despues de iniciado el tratamiento. Sin embargo, frecuentemente siguen presentes grandes cantidades de iones cloruro, y existen preocupaciones acerca de la durabilidad de este tipo de tratamientos en entornos que contienen cloruro. Adicionalmente, la duracion del tratamiento puede durar varios meses, y el acceso a la superficie tratada queda restringido durante ese periodo.

La proteccion con catodo de sacrificio no siempre se considera suficientemente intensa como para detener la corrosion. Sin embargo, es un proceso fiable de poco mantenimiento que se puede usar de forma preventiva.

El problema resuelto por esta invencion es el suministro eficaz de tratamientos de proteccion electroqmmica potentes contra la corrosion del acero en el hormigon para detener la corrosion y conseguir una durabilidad a largo plazo de los efectos protectores minimizando los requisitos de mantenimiento y con una perturbacion minima durante la instalacion del sistema.

Solucion tecnica

Un analisis de los datos disponibles proporciona evidencia fuerte de que los tratamientos electroqmmicos aplicados al hormigon armado detienen la corrosion restaurando la alcalinidad de los sitios corrofdos usando cantidades relativamente pequenas de cargas. Los tratamientos electroqmmicos existentes pueden mejorarse, por tanto, dividiendo el tratamiento en dos fases; a saber, un tratamiento breve inicial con intensidad alta para detener rapidamente la corrosion minimizando los danos posteriores, y un tratamiento preventivo posterior a largo plazo con bajos requisitos de mantenimiento para mantener la pasividad y garantizar la durabilidad. Se describe un unico anodo de tratamiento multiple que sea capaz de suministrar tanto la intensidad inicial elevada, el tratamiento electroqmmico a corto plazo para detener la corrosion y, posteriormente, a largo plazo, con una corriente de

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tratamiento baja, para evitar el posterior inicio de la corrosion. Para suministrar el tratamiento de intensidad alta inicial, el anodo de multitratamiento puede suministrar densidades de corriente muy elevadas desde la superficie del anodo a tensiones CC bajas y seguras. Para conseguir un tratamiento preventivo duradero a largo plazo, el anodo de multitratamiento se utiliza con una funcion de prevencion catodica, preferentemente conectado al acero como anodo de sacrificio.

El anodo de multitratamiento esta basado en el uso de un anodo de sacrificio metalico en una funcion de corriente impresa actualmente elevada. Una observacion que lleva al desarrollo del anodo de multitratamiento fue un anodo metalico de sacrificio de aleacion de aluminio que puede suministrar densidades de corriente superiores a 10 000 mA/m2 (expresado por unidad de area del anodo) desde la superficie del anodo a tensiones Cc bajas muy seguras que no son lo suficientemente positivas para inducir el desprendimiento de gases incluso cuando el anodo de sacrificio esta incluido en un material poroso en una cavidad formada por hormigon armado. Esto es posible por que las reacciones anodicas se producen facilmente en los metales del anodo de sacrificio donde las reacciones anodicas se producen en anodos con corrientes impresas inertes. De esta forma, varios anodos discretos compactos con densidades de corriente muy elevadas se pueden incluir en el hormigon para limitar la perturbacion ocasionada durante el tratamiento corto con corrientes impresas intensas. Un tratamiento corto con corrientes impresas intensas mueve los sitios de corrosion desde las ubicaciones en el hormigon armado hasta los anodos de sacrificio instalados, porque se produce hidroxido, lo que hace que el pH aumente y los iones agresivos como el cloruro y el sulfato se mueven desde el hormigon hasta el anodo de sacrificio. Posteriormente, el anodo se puede utilizar como un anodo de sacrificio activado para mantener activa la pasividad de acero.

Los aspectos de la invencion se citan en las reivindicaciones independientes adjuntas.

De acuerdo con ello, se describe en el presente documento un metodo para proteger el acero del hormigon que comprende utilizar un anodo y un suministro de alimentacion CC y un tratamiento temporal con corrientes impresas y un tratamiento preventivo temporal de baja intensidad en el que el tratamiento temporal con corrientes impresas es un tratamiento de alta intensidad que utiliza el suministro de alimentacion CC para impulsar corriente desde el anodo hasta el acero para mejorar el entorno del acero, y el tratamiento preventivo de baja intensidad se aplica para inhibir el inicio de la corrosion del acero inicio despues de la aplicacion del tratamiento temporal con corrientes impresas, y el mismo anodo se utiliza en ambos tratamientos y el anodo comprende un elemento metalico de sacrificio que experimenta la disolucion del metal de sacrificio como su reaccion anodica principal.

Otra observacion que lleva al desarrollo de la tecnologfa de tratamiento multiple fue la elevada densidad de carga de los anodos de aleacion de aluminio. Cuatro anodos de aleacion de aluminio de 100 mm de longitud y 15 mm de diametro tienen carga suficiente para suministra aproximadamente 500 mA durante una semana y 1 mA durante 50 anos, en sus funciones como anodo de corrientes impresas y anodo de sacrificio. La elevada densidad de carga de algunos anodos de sacrificio significa que se pueden conseguir vidas prolongadas con anodos de sacrificio pequenos incluidos en hormigon. Esto alivia los problemas relacionados con los costes de sustitucion de los anodos incluidos en materiales porosos al final de su vida en servicio.

La inclusion de un detalla de conexion para un anodo de corrientes impresas en un anodo de sacrificio discreto compacto mitiga el riesgo de corrosion de la conexion cuando el anodo de sacrificio discreto se utiliza como anodo para corrientes impresas. La formacion del metal del anodo de sacrificio alrededor de un anodo de corrientes impresas que puede ser util en una funcion de prevencion catodica mediante corrientes impresas una vez que se ha consumido el anodo de sacrificio tambien se puede utilizar para prolongar la vida util del tratamiento.

Efectos ventajosos

Las reacciones anodicas que se producen en un metal de sacrificio se producen mas facilmente que las reacciones anodicas que se producen en un anodo inerte y requiere una tension de impulsion menor y generan menos acido y menos gas. Esto permite suministrar de forma mas sencilla un tratamiento electroqmmico breve de alta intensidad. La aplicacion de una intensidad elevada a un catodo de acero de una celda electroqmmica detiene rapidamente la corrosion del acero, minimizando los danos por corrosion adicionales. Los iones agresivos del hormigon se extraen hacia el anodo mediante el tratamiento con corrientes impresas. La combinacion de estos iones agresivos y el metal de sacrificio conforma un anodo de sacrificio que esta activado sin la adicion al hormigon de otros productos qmmicos activadores. La conexion de este anodo de sacrificio directamente al acero proporciona un metodo sencillo para aplicar un tratamiento preventivo continuado para inhibir el inicio de la corrosion futura. Las areas de corrosion se desplazan eficazmente desde el acero al anodo instalado durante el tratamiento inicial. La inclusion de un sistema anodico dentro del hormigon permite que la superficie del hormigon se utilice mientras se aplica el tratamiento electroqmmico con corrientes impresas elevadas.

Descripcion de los dibujos

La invencion se describe ahora por referencia, a modo de ejemplo, a los dibujos en los que:

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la Fig. 1 muestra un diagrama esquematico de la utilizacion de un anodo en un tratamiento electroqmmico mixto de corrientes impresas con sacrificio;

la Fig. 2 muestra la disposicion experimental utilizada para determinar una relacion entre el potencial y la corriente de un anodo;

la Fig. 3 muestra la relacion entre el potencial y la corriente determinada en un anodo de aleacion de aluminio y un anodo de titanio revestido con un oxido metalico mixto (MMO);

la Fig. 4 muestra la densidad de corriente producida por un anodo de aleacion de aluminio en un ambiente agresivo usando un suministro de alimentacion CC en el ejemplo 1;

la Fig. 5 muestra la densidad de corriente galvanica suministrada por un anodo de aleacion de aluminio tras un tratamiento de corrientes impresas inicial en el ejemplo 1;

la Fig. 6 muestra la densidad de corriente producida por 25 anodos de aleacion de aluminio en un ambiente suave usando un suministro de alimentacion CC en el ejemplo 2; y

la Fig. 7 muestra la densidad de corriente galvanica suministrada por 25 anodo de aleacion de aluminio tras un tratamiento de corrientes impresas inicial en el ejemplo 2.

Modo de la invencion

Mecanismo de proteccion electroqwmica

Los tratamientos electroqmmicos aplicados al acero en el hormigon incluyen la proteccion catodica y la prevencion mediante proteccion catodica intermitente, extraccion de cloruros y realcalinizacion. Los efectos protectores inducidos por estos tratamientos son un desplazamiento de potencial negativo inducido que inhibe la disolucion de acero para formar iones de hierro positivo (corrosion), la eliminacion de iones cloruro de la superficie de acero que vuelve el entorno menos agresivo a pelfculas pasivas sobre el acero, y la generacion de iones hidroxilo en la superficie del acero que estabiliza la formacion de pelfculas pasivas sobre el acero. La comprension tradicional de los tratamientos electroqmmicos del hormigon armado es que diferentes tratamientos se basan en diferentes efectos protectores. En esta comprension, la base de la proteccion catodica es conseguir un desplazamiento de potencial negativamente inducido. La realcalinizacion del hormigon carbonatado requiere la generacion de un deposito de hidroxido alrededor del acero. La extraccion de cloruros requiere la eliminacion de los iones cloruro del hormigon. La proteccion catodica intermitente se basa en la alteracion del entorno en el acero tanto eliminando el cloruro como mediante la generacion de iones hidroxilo para inhibir la corrosion del acero durante un corto periodo de tiempo mientras la corriente de proteccion esta interrumpida.

Se ha argumentado que los efectos protectores de un desplazamiento de potencial negativo son poco importantes, y la mayona de los tratamientos electroqmmicos utilizados para detener la corrosion en curso del acero en el hormigon lo consiguen induciendo la pasividad de acero en circuito abierto extrayendo cloruro y generando iones hidroxilo en el acero. Aunque esta observacion sigue en controversia en el caso de la proteccion catodica (vease la discusion y la respuesta en el Journal of Materials in Civil Engineering, 13(5) 396-398, 2001), la recopilacion y analisis de la evidencia disponible a continuacion sugiere que es probable que un efecto protector tenga un efecto dominante sobre el exito de todos los tratamientos de electroqmmica aplicados al acero en hormigon expuesto a la atmosfera. Este efecto protector dominante es el aumento del pH en la interfase entre el acero y el hormigon.

El hormigon expuesto a la atmosfera es hormigon que periodicamente se deja secar de tal forma que la cinetica de la reaccion catodica (la reduccion del oxfgeno) del acero esta debilmente polarizada (la reduccion del oxfgeno se produce facilmente). En este entorno, el acero suele estar normalmente protegido por una pelfcula pasiva, y la rotura de la pelfcula pasiva se induce principalmente mediante la contaminacion con cloruro o la carbonatacion de la cubierta de hormigon. La pasividad del acero se indica por un potencial de circuito abierto positivo (sin corriente aplicada). El potencial de circuito abierto es el resultado de la combinacion del potencial de un electrodo de hierro con el potencial de un electrodo de oxfgeno. El acero pasivo tiene un potencial de circuito abierto que tiende al potencial del electrodo de oxfgeno mas positivo. Cuando la pelfcula pasiva se rompe, el potencial de circuito abierto se acerca al potencial del electrodo de hierro mas negativo. El potencial de circuito abierto no debe confundirse con el potencial de impulsion. Aunque un potencial de circuito abierto positivo indica la presencia de una pelfcula pasiva intacta sobre el acero, si se lleva el potencial del acero a valores mas positivos usando una fuente externa de corriente, esto aumenta la fuerza que induce al hierro a disolverse para formar iones hierro positivos, y provoca la rotura de la pelfcula pasiva y, de esta forma, la corrosion.

En el caso de la corrosion inducida por cloruro, la disolucion local del hierro en las imperfecciones de la pelfcula pasiva va seguida de reaccion con agua para producir oxido de hierro e iones hidrogeno. La carga positiva de los iones hidrogeno esta contrarrestada por la carga negativa de los iones cloruro, y se produce una generacion localizada de acido clortndrico. Esta reduccion local en el pH desestabiliza la pelfcula pasiva y da como resultado una aceleracion y diseminacion del proceso de corrosion, frecuentemente denominado corrosion por picadura. Los iones cloruro no desestabilizan directamente los oxidos de hierro que constituyen la pelfcula pasiva. Se trata de un resultado indirecto de la reduccion en el pH local.

La corrosion inducida por carbonatacion tambien esta causada por una reduccion en el pH del hormigon que se produce como resultado de la reaccion del dioxido de carbono y agua con la alcalinidad normalmente presente en el

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hormigon. La generacion de hidroxido en el acero esta ampliamente aceptada como el efecto protector que se basa en la aplicacion de la realcalinizacion al hormigon carbonatado. Se trata de un tratamiento menos intensivo que la extraccion de cloruro, y su aplicacion para detener la corrosion inducida por cloruro ofrece algunas ventajas practicas. Un tratamiento de realcalinizacion tipico requerina la aplicacion de 600 kC/m2 (168Ah/m2) o 1 A/m2 durante una semana (expresado por unidad de area de superficie del acero) para realcalinizar una parte sustancial de la cubierta de hormigon carbonatada. Esto se puede comparar con la densidad de carga de aproximadamente 3600 kC/m2 (1000 Ah/m2) que se aplica en un tratamiento de extraccion de cloruro tipico.

La evidencia de que la generacion de hidroxido en el acero es tambien el principal efecto protector de los tratamientos de electroqmmicos aplicados al hormigon contaminado con cloruro surge principalmente de las densidades de corriente relativamente bajas aplicadas y densidades de carga que inducen pasividad de circuito abierto en el acero en hormigon contaminado con cloruro.

En un estudio de laboratorio sobre la proteccion catodica intermitente aplicada al acero en probetas fuertemente contaminadas con cloruro expuestos a un ambiente marino agresivo simulado (Glass, Hassanein y Buenfeld, Corrosion Science, 43 (6) 1111-1131, 2001) fue claramente evidente un desplazamiento del potencial de circuito abierto a valores de potencial mas pasivo despues de seis meses, cuando el acero recibio densidades de corriente de proteccion integral de 6 y 40 mA/m2 (expresadas por unidad de area de superficie del acero). Este desplazamiento del potencial positivo indica que el acero se ha pasivado. Esta conclusion esta respaldada por fotograffas de las probetas obtenidas despues de 12 meses de proteccion catodica intermitente, mostrando que una corrosion continua en las probetas de control y en las probetas que recibfan un tratamiento menos intensivo ocasionaron un agrietamiento inducido por corrosion, mientras que las probetas que mostraban potenciales de circuito abierto tfpicos del acero pasivo permanedan intactas. Un analisis adicional de los datos indica que, en el caso de la probeta que recibio una densidad de corriente de proteccion integral de solo 6 mA/m2, se indujo la pasividad del acero con una carga inferior a 100 kC/m2 (menos de 28 Ah/m2).

Una fuerte evidencia de la densidad de carga relativamente pequena necesaria en la practica para detener la corrosion inducida por cloruros surge del analisis de un amplio conjunto de datos obtenidos con estudios de proteccion catodica realizados tanto en el campo como en el laboratorio. Las densidades de corriente de diseno para proteccion catodica son tfpicamente de hasta 20 mA/m2 y los sistemas de proteccion catodica normalmente se ponen en marcha a densidades de corriente mas bajas. Sin embargo, es habitual conseguir desplazamientos de potencial dimensionales con estas densidades de corriente relativamente pequenas despues de menos de 50 dfas de proteccion catodica. Los desplazamientos de potencial dimensionales pequenas densidades de corriente aplicadas solamente son posible en aceros pasivados o casi pasivados (Glass, Roberts y Davison, Proc. 7th Int. Conf. Concrete in Hot and Aggressive Environments, octubre de 2003, Volumen 2, p.477-492, 2003) y se ha obtenido evidencia clara de esta pasividad inducida en condiciones de laboratorio (Glass, Roberts y Davison Corrosion 2004, NACE, artfculo n.° 04332, 2004). La carga equivalente a una corriente de proteccion de 10 mA/m2 aplicada durante 50 dfas es menor de 50 kC/m2. Esto sena una densidad de carga mas tfpica necesaria para inducir la pasividad de acero en una estructura de hormigon reparado, y es extremadamente pequena en comparacion con la carga aplicada en un tratamiento de extraccion de cloruros tfpico (3600 kC/m2).

La importancia de la generacion de iones hidroxilo en el acero tambien esta respaldada por la observacion de que esta induccion de pasividad del acero de circuito abierto se consigue usando densidades de corriente de proteccion catodica que son sustancialmente inferiores a las tasas de corrosion localizadas del acero. Tasas de corrosion medias de 0,02 mm de seccion de acero perdida anualmente, y tasas de corrosion localizadas superiores a 0,1 mm anual no son raras en hormigon contaminado con cloruros. Estas igualan a las densidades de corriente de corrosion de aproximadamente 20 y 100 mA/m2. Sin embargo, las densidades de diseno de proteccion catodica son casi siempre iguales o inferiores a 20 mA/m2 y las densidades de corriente aplicadas son invariablemente inferiores a las densidades de corriente de diseno (norma BS EN 12696: 2000).

Otros dos factores conforman adicionalmente esta sorprendente observacion. En primer lugar, la corriente de proteccion aplicada no es eficaz para reducir directamente la tasa de corrosion en hormigon expuesto a la atmosfera. La razon tecnica para esto es que la cinetica de la reaccion catodica esta debilmente polarizada (se produce facilmente) en este entorno. En segundo lugar, la corriente fluye preferentemente a los catodos mas positivos en lugar de a los anodos en corrosion de las celdas de corrosion naturales que se forman en el hormigon. Se ha demostrado que, incluso en una disposicion en la que las variaciones en la geometna y en la resistividad del entorno favorecen la distribucion de corriente hacia el acero en corrosion, una pequena corriente aplicada fluye preferentemente hacia el acero pasivado (Glass y Hassanein, Journal of Corrosion Science and Engineering, Volumen 4, artfculo 7, 2003).

En estas condiciones, es muy improbable que la intensidad aplicada de como resultado la extraccion de cualquier cloruro del sitio anodico en corrosion. Para conseguir una inversion en la direccion de la corriente local en un sitio de corrosion, se debe aplicar intensidad suficiente para impulsar el potencial hasta un valor que sea mas negativo que el potencial de circuito abierto de un sitio aislado en corrosion no conectado con ningun acero pasivado. A las densidades de corriente de produccion aplicadas modestas normalmente utilizadas en la proteccion catodica del hormigon armado, una corriente anodica neta siempre estara dejando los sitios con elevada actividad de corrosion.

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Sin embargo, la realcalinizacion de estos sitios sigue siendo posible porque un gradiente de concentracion de pH entre el hormigon circundante y los sitios en corrosion proporcionara una fuerza adicional para desplazar los iones hidroxilo hasta los sitios en corrosion. Esto se combina con el campo electrico impuesto por el sistema de proteccion catodica que debilita el campo electrico intenso que mantiene los elevados gradientes de concentracion de ion hidroxilo para permitir que aumente el pH. A medida que el pH aumenta, el proceso de establecer sitios activos en corrosion en el acero se invierte hasta que se alcanza un punto en el que los oxidos insolubles de hierro son el producto de corrosion mas estable, y la pelfcula pasivada de acero se vuelve a formar. El proceso de realcalinizar los sitios en corrosion para conseguir una pasivacion del acero por circuito abierto se puede denominar realcalinizacion en picadura.

El analisis anterior sugiere que el intervalo de densidades de carga aplicadas al acero que refuerza el hormigon para inducir la pasividad de circuito abierto puede ser aproximadamente un orden de magnitud inferior al anteriormente considerado como necesario para los tratamientos electroqmmicos temporales independientes en el documento US 6322691. Entornos menos agresivos requieren menos carga. Densidades de carga tan bajas como 30 kC/m2 pueden ser suficientes para estructuras de hormigon reparadas, se ha demostrado que una carga de 100 kC/m2 induce pasividad del acero en hormigon fuertemente contaminado con cloruro en condiciones de exposicion a ambiente marino simulado en el laboratorio, y parece que 600 kC/m2 son suficientes para realcalinizar no solamente los sitios en corrosion (realcalinizacion en picadura), sino una parte sustancial de la cubierta de hormigon carbonatada en la realcalinizacion del hormigon carbonatado.

Mejorar el proceso de tratamiento electroqu^mico

Se deben tener en cuenta numerosos factores cuando se consideran los metodos para mejorar las tecnologfas de tratamiento electroqmmico para hormigon armado. Entre ellas se incluyen:

- la velocidad a la que se detiene el proceso de corrosion,

- la densidad de carga necesaria para detener la corrosion,

- la durabilidad del tratamiento, y

- los requisitos de mantenimiento del proceso.

Se ha resenado anteriormente que se pueden utilizar densidades de carga relativamente bajas para restaurar la pasividad de acero. Un proceso de tratamiento electroqmmico temporal para detener la corrosion puede ser, por tanto, sustancialmente menos intensivo que los tratamientos electroqmmicos temporales muy intensos aplicados a veces, en particular, el periodo de un tratamiento electroqmmico temporal se puede reducir. Asf, se puede aplicar un tratamiento electroqmmico temporal durante menos de tres meses y preferentemente menos de tres semanas. Sin embargo, la durabilidad de un tratamiento a corto plazo se cuestionara a pesar de la reduccion inmediata en la tasa de corrosion. Dicho tratamiento inicial corto sena mas aceptable si se aplicara un tratamiento de prevencion de la corrosion a largo plazo suplementario.

Un proceso de tratamiento mejorado sena, por tanto, un tratamiento electroqmmico hnbrido en el que se aplicara una densidad de carga inicial que sea suficiente para detener la corrosion e inducir pasividad del acero de circuito abierto y fuera seguida por un tratamiento preventivo catodico de bajo mantenimiento para evitar cualquier inicio de la corrosion posterior. Sena ventajoso utilizar el mismo sistema anodico tanto en el tratamiento con corrientes impresas intensas para detener la corrosion y en el posterior tratamiento de mantenimiento de baja intensidad para mantener la pasividad del acero.

Dos ejemplos de este tipo de tratamientos electroqmmicos de doble etapa incluyen:

- impulsar brevemente una intensidad elevada desde un anodo de sacrificio para pasivar el acero y posteriormente conectar el anodo de sacrificio directamente al acero para proporcionar un tratamiento de prevencion mediante corriente catodica de sacrificio, y

- aplicar una tension a un anodo inerte de corrientes impresas revestido con un elemento metalico de sacrificio donde el elemento metalico de sacrificio inicialmente facilita una elevada tasa de reaccion asociada con una densidad de corriente elevada de proteccion para pasivar el acero, y cuando finaliza el sacrificio del metal, donde el anodo de corriente impresa sigue proporcionando un tratamiento de prevencion catodica de bajas corrientes impresas.

La intensidad promedio aplicada durante el tratamiento electroqmmico con corrientes impresas inicial sera tfpicamente un orden de magnitud superior a la intensidad promedio aplicada posteriormente durante el tratamiento preventivo de baja intensidad. El tratamiento preventivo de baja intensidad normalmente implicara el suministro de una densidad de corriente promedio inferior a 5 mA/m2 y superior a 0,2 mA/m2 a la superficie del acero.

Tecnolog^a de tratamiento

Se describe un metodo para proteger el acero del hormigon que comprende utilizar un anodo y un suministro de

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alimentacion CC y un tratamiento temporal con corrientes impresas y un tratamiento preventivo temporal de baja intensidad en el que el tratamiento temporal con corrientes impresas es un tratamiento de alta intensidad que utiliza el suministro de alimentacion CC para impulsar corriente desde el anodo hasta el acero para mejorar el entorno del acero, y el tratamiento preventivo de baja intensidad se aplica para inhibir el inicio de la corrosion del acero inicio despues de la aplicacion del tratamiento temporal con corrientes impresas, y el mismo anodo se utiliza en ambos tratamientos y el anodo comprende un elemento metalico de sacrificio que experimenta la disolucion del metal de sacrificio como su reaccion anodica principal.

Se divulga un anodo para proteger el acero del hormigon que comprende un elemento metalico de sacrificio con un detalle de conexion para un anodo de corrientes impresas, en el que el anodo es un anodo compacto discreto y el elemento metalico de sacrificio es menos noble que el acero y el detalle de conexion para un anodo de corrientes impresas comprende un conductor con al menos un punto de conexion donde el conductor permanece pasivo a potenciales mas positivos que +500 mV por encima del potencial de referencia del sulfato de cobre saturado con cobre y el conductor esta practicamente rodeado por el elemento metalico de sacrificio sobre una parte de su longitud para formar una conexion electrica que conduce electrones entre el conductor y el metal de sacrificio y el punto de conexion esta en una parte del conductor que se extiende alejandose del elemento metalico de sacrificio donde el conductor puede estar convenientemente conectado a otro conductor.

Se divulga en el presente documento el uso del anodo anteriormente descrito en el metodo descrito para proteger el acero del hormigon.

Se divulga la produccion de un anodo de sacrificio activado incluido en una estructura de hormigon contaminado con cloruros que comprende proporcionar una ruta para que los electrones se muevan entre un conductor y un elemento metalico de sacrificio que es menos noble que el acero y que forma una cavidad en la estructura de hormigon e incluir el elemento metalico de sacrificio en un material poroso que contiene un electrolito en la cavidad dejando una parte del conductor expuesta para proporcionar un punto de conexion y proporcionar una ruta para que los electrones fluyan entre un polo positivo de una fuente de tension CC y el conductor e impulsar una intensidad alta desde el metal de sacrificio para extraer los iones cloruro presentes en el hormigon hasta la superficie del metal de sacrificio para activar el metal de sacrificio y desconectar la fuente de tension CC del conductor.

Se divulga un metodo para proteger el acero del hormigon que comprende un tratamiento electroqmmico temporal de corrientes impresas de alta intensidad para mejorar el entorno del acero seguido por un tratamiento preventivo de baja intensidad para inhibir el inicio de la corrosion del acero en el que se utiliza un atomo en el tratamiento con corrientes impresas temporal y se utiliza el mismo anodo en el tratamiento preventivo de intensidad baja y el anodo comprende un elemento de metal de sacrificio que experimenta una disolucion del metal de sacrificio como su reaccion anodica principal y el anodo esta conectado al polo positivo de una fuente de tension CC en el tratamiento con corrientes impresas temporal y el anodo esta conectado al acero para proporcionar una ruta de conduccion de electrones desde el elemento metalico de sacrificio hasta el acero en el tratamiento preventivo de baja intensidad.

Un ejemplo de un tratamiento electromecanico hnbrido preferido se ilustra en la Fig. 1. Un elemento metalico de sacrificio [1] esta incluido en un material poroso [2] que contiene un electrolito en una cavidad [3] formado en el hormigon [4]. El elemento metalico de sacrificio esta conectado al polo positivo de una fuente de alimentacion CC [5] usando un conductor electrico [6] y una conexion electrica [7]. Un detalle de conexion para un anodo de corrientes impresas se utiliza para conectar el elemento metalico de sacrificio [1] al conductor electrico [6]. Esto implica preferentemente conformar el elemento metalico de sacrificio alrededor de una parte de un conductor [8] que permanece pasivo durante el tratamiento con corrientes impresas. El conductor [8] proporciona un punto de conexion [9] conveniente alejado del metal de sacrificio para facilitar la conexion con otro conductor electrico. El polo negativo de la fuente de alimentacion [5] esta conectado al acero [10] usando un conductor electrico [11] y una conexion [12]. Aunque la fuente de alimentacion esta conectada al anodo y al acero, no se realiza la conexion electrica [13].

Inicialmente, una corriente impresa de corta duracion pasa del conjunto de anodo [1, 8] hasta el acero [10] durante un corto periodo de tiempo usando la fuente de alimentacion CC [5]. En el proceso, el oxfgeno y el agua [14] se convierten en iones hidroxilo [15] en el acero. Esto neutraliza los sitios de corrosion acida y estimula la reparacion de la pelfcula pasiva protectora del acero. Ademas, los iones agresivos tales como los iones cloruro [16] se extraen desde el hormigon hasta el material poroso [2] que rodea el anodo. El entorno local alrededor del acero incluido y alrededor del anodo incluido se modifican mediante este corto tratamiento con corrientes impresas. El cambio significa que el entorno local del acero soporta la pasivacion del acero mientras que el entorno del anodo mantiene la actividad del anodo de sacrificio. Los sitios en corrosion se desplazan eficazmente desde las ubicaciones en el refuerzo de acero hasta el anodo de sacrificio instalado. Al finalizar el tratamiento con corrientes impresas, se puede aplicar a continuacion un tratamiento de prevencion catodico de baja intensidad a largo plazo usando el mismo anodo.

Es preferible desconectar la fuente de alimentacion [5] en las conexiones electricas [7] y [12] y conectar el metal del anodo de sacrificio remanente directamente al acero a traves de conexion electrica [13]. El anodo de sacrificio activado discreto formado mediante el tratamiento con corrientes impresas temporal se utiliza a continuacion en una

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funcion de prevencion catodica de baja intensidad a largo plazo para mantener la pasividad de acero. Esto es preferible porque la salida de corriente de los anodos de sacrificio es mas fiable que una fuente de alimentacion de CC y, en cierta medida, se puede autoajustar, donde los entornos mas agresivos conducen a salidas de corriente del anodo de sacrificio mas intensas. Adicionalmente, el seguimiento no es muy importante, ya que el sistema de anodo de sacrificio funciona y se puede adaptar para satisfacer los requisitos del usuario final de la estructura protegida. Un metodo de seguimiento del rendimiento sencillo utiliza tecnicas de cartograffa de potenciales no destructivas para determinar donde estan situadas las areas unicas de actividad anodica en los sitios donde estan incluidos los anodos de sacrificio.

Las conexiones [7, 9, 12, 13] y los conductores [6, 8, 11] son todos conexiones o conductores de conduccion de electrones porque proporcionan una ruta para que los electrones se muevan. Se pueden denominar conexiones electronicas o conductores electronicos. Los conductores seran normalmente hilos o cables electricos. Estos conductores y conexiones difieren de los conductores ionicos o conexiones ionicas. El electrolito del hormigon [4] proporciona un ejemplo de una conexion ionica entre el elemento metalico de sacrificio [1] y el acero [10]. Para conseguir la proteccion o prevencion mediante sacrificio catodico, se requiere tanto una conexion electronica como una conexion ionica entre el elemento metalico de sacrificio y el acero.

Las fuentes de alimentacion CC [5] para el tratamiento intenso corto incluye una toma de corriente alimentada con una fuente de alimentacion CC o una batena. Supone una ventaja que la conexion entre el anodo y el polo positivo de la fuente de alimentacion se mantenga tan corto como sea posible para minimizar el riesgo de corrosion de esta conexion.

El anodo preferido comprende un elemento metalico de sacrificio compacto discreto con un detalle de conexion para un anodo de corrientes impresas. Los anodos compactos discretos pueden estar incluidos en cavidades formadas en hormigon armado. Esto mejora la union entre el anodo y la estructura de hormigon. Los ejemplos de dichas cavidades incluyen agujeros de hasta 50 mm de diametro y 200 mm de longitud que se pueden formar mediante perforacion o taladrado, asf como rozas mas largas de hasta 30 mm de anchura y 50 mm de profundidad que se puede cortar en la superficie de hormigon. Cuando las cavidades son agujeros realizados mediante taladrado, es preferible mantener el diametro por debajo de 30 mm. Un numero de anodos se distribuira normalmente a lo largo de la estructura de hormigon para proteger el acero incluido.

El detalle de conexion para un anodo de corrientes impresas se utiliza para conectar el anodo al polo positivo de la fuente de alimentacion CC. Todos los metales conectados al polo positivo de una fuente de alimentacion CC tienen el riesgo de convertirse en anodos si se ponen en contacto con un electrolito en el entorno circundante y, por tanto, necesitan protegerse de la disolucion anodica si esta funcion no esta prevista. Los anodos de sacrificio compactos discretos para hormigon armado se suministran con detalles de conexion que consisten en un alambre de acero no aislado o acero galvanizado que se basa en el funcionamiento de sacrificio del anodo para proteger el hilo de conexion. Estas conexiones sufrinan disolucion anodica inducida y se corroenan junto con el metal de sacrificio cuando el anodo se conecta como un anodo de corriente impresa.

Se puede conseguir un detalle de conexion de corriente impresa en un anodo de sacrificio discreto compacto conformando el elemento metalico de sacrificio alrededor de una parte de un conductor que incluye una segunda parte que proporciona un punto de conexion y permanece pasivo a medida que el anodo pasa a potenciales positivos debido a la fuente de alimentacion. Un conductor pasivo es aquel en el que no se produce una disolucion significativa del metal y, por tanto, no hay un deterioro visible inducido por corrosion a medida que su potencial pasa a valores positivos. El conductor y el elemento metalico de sacrificio pasaran a potenciales positivos durante el tratamiento con corrientes impresas inicial que son generalmente mas nobles (positivos) que el electrodo de referencia de sulfato de cobre saturado de cobre y puede ser mas noble que +500 mV o incluso +2000 mV encima del cobre electrodo de referencia de sulfato de cobre saturado de cobre. El cobre y el acero no permanecen naturalmente pasivados a estos potenciales positivos cuando estan en contacto con un electrolito.

El ejemplo de la Fig. 1 muestra un elemento metalico de sacrificio [1] que esta formado alrededor de una parte de un conductor [8] con una segunda parte extendiendose mas alla del metal de sacrificio proporcionando un punto de conexion [9]. Para conseguir un conductor pasivo, se puede usar un conductor inerte que sea naturalmente pasivo en contacto con un electrolito a los potenciales anodicos que surjan del tratamiento con corrientes impresas. Como alternativa, el conductor se puede aislar del electrolito en el entorno mediante la presencia del elemento metalico de sacrificio circundante y la presencia de una capa de aislamiento en la parte del conductor que se extiende mas alla del elemento metalico de sacrificio para formar el punto de conexion. El detalle de conexion preferido implica moldear el elemento metalico de sacrificio alrededor de una parte de un alambre de titanio inerte que proporciona un punto de conexion sobre una parte expuesta del alambre de titanio lejos del elemento metalico de sacrificio para conectar convenientemente el alambre de titanio a otro conductor electronico. Este puede ser otro alambre de titanio o un cable electrico aislado que facilita la conexion del anodo al polo positivo de la fuente de alimentacion CC.

Un conductor inerte puede derivar su resistencia a la corrosion de uno o mas materiales, cuyos ejemplos incluyen carbono, titanio, aceros inoxidables incluyendo acero inoxidable aleado con rnquel-cromo-molibdeno, platino, tantalio, zirconio, niobio, mquel, aleaciones de mquel incluyendo hastalloy, monel e inconel. Los conductores se

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pueden fabricar con estos materiales, o protegerse con revestimientos inertes de estos materiales. El titanio es un material preferido esta facilmente disponible y resiste la disolucion anodica para una amplia gama de potenciales.

El use de un anodo inerte de corrientes impresas como el conductor alrededor del cual se forma el elemento metalico de sacrificio permite al anodo usarse como anodo inerte de corrientes impresas en una funcion de prevencion catodica con corrientes impresas cuando se consume el elemento metalico de sacrificio alrededor del anodo inerte. Esto amplfa la vida util del sistema anodico. Los ejemplos de anodos inertes de corrientes impresas incluyen titanio revestido de oxido metalico, titanio platinizado y niobio platinizado. El conductor anodico inerte, en teona, esta rodeado por un oxido de metal poroso o sal que proceda de la disolucion del metal de sacrificio. Esto proporciona una capa que sostiene un gradiente de pH entre el anodo inerte y el hormigon circundante que limita el ataque acido del hormigon circundante. Tambien proporciona una ruta por la que puede escapar el posible gas generado en el anodo. Estas caractensticas permitiran que un nucleo de anodo inerte se impulse a densidades de corriente superiores a los lfmites normales impuestos para el uso de dichos atomos cuando estan en contacto directo con mortero de cemento u hormigon.

Un conductor como el acero se puede pasivar usando un material aislante para separar el conductor del electrolito en el entorno circundante. Esto evita el deterioro inducido por corrosion de la parte del conductor que no esta protegida por el metal de sacrificio cuando el anodo se utiliza en su funcion de corrientes impresas. En este caso, es preferible extender el aislante bien hasta el metal anodico o sobre la superficie del metal anodico donde el conducto penetra en el anodo metalico. Esto es para mantener la separacion entre el conductor y el electrolito del entorno circundante a medida que el anodo de sacrificio se disuelve alrededor del conductor. Es preferible aislar todas las conexiones de cable entre el anodo y el polo positivo de la fuente de alimentacion CC del electrolito en el entorno circundante.

El metal de sacrificio es preferentemente menos noble que el acero. Los ejemplos incluyen cinc, aluminio o magnesio, o aleaciones de los mismos. Se prefiere una aleacion de aluminio cinc indio. El aluminio tiene una elevada densidad de carga y, por tanto, una relacion favorable entre vida util y volumen. Los elementos aleantes estimulan una actividad anodica que resulta adicionalmente estimulada por la presencia de contaminacion por cloruro en el medio circundante.

La reaccion anodica principal que se produce en un anodo metalico de sacrificio es la disolucion del metal de sacrificio. Esta reaccion de oxidacion se produce mucho mas facilmente que la oxidacion del agua para producir acido y gas, que es la reaccion anodica principal que se produce en un anodo inerte de corrientes impresas. De esta forma se pueden suministrar densidades de corriente anodica intensas a bajas tensiones de impulsion desde elementos metalicos de sacrificio. La disolucion del metal de sacrificio produce una sal metalica. La produccion de gas se puede evitar, y el unico acido que se produce es el resultado de la reaccion de hidrolisis secundaria de la sal metalica. Esta reaccion secundaria estara limitada. El valor mmimo del pH se determina por el equilibrio entre la sal metalica, el acido presente (que determina el pH) y el oxido metalico. Los problemas asociados con la produccion de acido y de gas que se suelen producir en los anodos inertes de corrientes impresas, se puede evitarse mediante el uso de un elemento metalico de sacrificio en el anodo. De esta forma, se pueden conseguir densidades de corriente superiores a 200 mA/m2 y preferentemente superiores a 1000 mA/m2 expresado por unidad de superficie de anodo sin que se produzca un deterioro significativo del hormigon circundante.

La ubicacion preferida de los materiales del anodo de sacrificio ha sido, en el pasado, las superficies de hormigon donde son accesibles y se pueden sustituir con facilidad. Sin embargo, la perdida de adhesion al sustrato de hormigon y el secado rapido de la superficie de hormigon en ausencia de humedad limita el rendimiento de los anodos instalados en la superficie. Estos problemas se pueden superar incluyendo los anodos metalicos de sacrificio en un material poroso dentro de cavidades del hormigon. El material poroso mantiene el anodo en su sitio, mientras que su porosidad tambien mantiene el electrolito y proporciona espacio para los productos de disolucion anodica. Para acomodar los productos de disolucion anodica, es preferible que el material poroso tenga propiedades de 'tipo masilla', incluyendo una resistencia a la compresion inferior a 1 N/mm2 y preferentemente inferior a 0,5 N/mm2 y contiene espacio vacfo compresible.

Una caractenstica del uso de un metal de sacrificio en una funcion de corriente impresa es la facilidad con la que se puede evitar cualquier corto (contacto entre el anodo y el acero que proporciona una ruta para que los electrones fluyan directamente desde el anodo hasta el acero) accidental entre el anodo y el acero. Esto se debe, generalmente a que el metal de sacrificio preferentemente se corroe en la ubicacion del corto entre dos metales diferentes para generar un oxido metalico que rompe el cortocircuito directo.

Una ventaja de usar un anodo metalico de sacrificio incluido es la elevada densidad de corriente impresa que se puede suministrar desde el anodo. Se evaluo la magnitud de la corriente determinando el comportamiento de polarizacion anodica (salida de corriente anodica en funcion del potencial anodico) de un anodo de aleacion de aluminio incluido en enlucido en un agujero en el hormigon, y comparando este comportamiento de polarizacion con lo determinado para un anodo inerte de titanio revestido con oxido mixto (MMO) en el mismo entorno.

Se moldeo una aleacion de aluminio alrededor de un alambre de titanio revestido con MMO para producir un anodo de sacrificio con una superficie de aluminio expuesta de 2180 mm2 conectado a una longitud de alambre de titanio

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expuesto. La aleacion de aluminio fue la especificacion de la US MIL-A-24779(SH). Un cable con nucleo de cobre de 1,0 mm con vaina se conecto al alambre de titanio expuesto. La conexion de cobre-titanio se mantuvo en un entorno seco por encima del hormigon.

Se produjo un anodo inerte usando una corta longitud de cinta de titanio revestida con MMO conectada a un cable con nucleo de cobre de 1,0 mm2 con vaina. La conexion se aislo y la superficie de titanio revestida de MMO expuesta media 1390 mm2.

El comportamiento de polarizacion (relacion entre el potencial y la corriente) de los anodos de aluminio y de titanio revestido con MMO se determinaron usando la configuracion experimental que se muestra en la Fig. 2. Un bloque de hormigon [20] que mide 300 mm de longitud por 140 mm de ancho y 120 mm de profundidad se colo usando un agregado integrado de 20 mm (0 a 20 mm) seco, cemento Portland normal (OPC) y agua en las proporciones de 8:2:0,95 en peso, respectivamente. Se disolvio cloruro de sodio en agua antes de mezclar el hormigon para contaminar el bloque de hormigon con un 3 % de cloruro (expresado como porcentaje del peso de iones cloruro en el cemento).

Mientras el concreto segrna estando fluido, se practicaron dos agujeros [21] de 22 mm de diametro y 90 mm de profundidad separados por 200 mm en el bloque de hormigon presionando un tubo de plastico ngido en el hormigon. Una barra de acero [22] con un diametro de 10,5 mm y longitud de 140 mm se introdujo en el hormigon a medio camino entre los dos agujeros. Se extendio 40 mm por encima de la superficie del hormigon. Los extremos de dos tubos capilares [23] Luggin flexibles con un diametro interno de 2 mm se introdujeron en el hormigon a medio camino entre los agujeros y la barra de acero. Se introdujeron otras dos barras de acero [24] separadas 100 mm entre sf y equidistantes de los agujeros [21] para usarse como contraelectrodos en el ensayo. Cables de nucleo de cobre con vaina se conectaron a los extremos expuestos de las barras de acero.

Una vez que el hormigon se hubo endurecido, se extrajeron los tubos de plastico ngido, el anodo de aluminio y el anodo de titanio revestido con MMO se situaron centralmente en agujeros separados [21] y el espacio remanente en los agujeros se relleno con un enlucido de acabado de tipo yeso dejando una indentacion en la superficie por encima del anodo. El enlucido se dejo endurecer para formar un material poroso ngido. Los tubos capilares Luggin [23] se llenaron con un gel conductor fabricado calentando con agitacion una mezcla de agar en polvo, cloruro de potasio y agua en las proporciones de 2:2:100 en peso, respectivamente. Los tubos capilares Luggin rellenos de gel se extendieron hasta pequenos recipientes [25] que conteman una solucion saturada de sulfato de cobre. Se introdujo en cada recipiente un trozo de cobre brillante lijado [26] para formar dos electrodos de referencia de cobre/sulfato de cobre. Se conecto un cable de nucleo de cobre al cobre del electrodo de referencia y la conexion se aislo.

Se usaron un potenciostato y un generador de funciones [27] para controlar y variar el potencial del anodo con respecto al potencial del electrodo de referencia haciendo pasar corriente desde los contraelectrodos al anodo en ensayo. Se llevo a cabo una prueba diferente para cada anodo. Un anodo y su electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre saturado mas cercano se conectaron a los polos del electrodo de trabajo (WE) y al electrodo de referencia (RE) respectivamente del potenciostato/generador de funcion [27]. Una resistencia [28] de 5 Ohm y un interruptor de tipo rele [29] se conectaron entre los contraelectrodos y el contraelectrodo terminal (CE) del potenciostato/generador de funciones. Se utilizaron en todas las conexiones cables de nucleo de cobre con vaina [30]. El ensayo se realizo en el interior, a una temperatura entre 7 y 15°C. Las indentaciones en el enlucido por encima de los anodos se humedecieron periodicamente.

Las mediciones incluyeron la corriente anodica, el potencial de corriente activada del anodo medido con respecto al electrodo de referencia mientras la corriente fluye y el potencial instantaneo de desconexion del anodo, que se midio entre 0,02 y 0,07 segundos despues de interrumpir momentaneamente la corriente desde el anodo durante un periodo no superior a 0,15 segundos usando el interruptor de rele [29]. El potencial instantaneo de desconexion de un anodo es un potencial corregido en el que la cafda de tension dependiente de la geometna entre el anodo y el electrodo de referencia inducido por la corriente se resta del potencial de corriente activada en el anodo. Estas mediciones se registraron con un registrador de datos de alta impedancia que tambien controlaba el interruptor de rele. El potencial del anodo se controlo inicialmente a un valor cercano a su potencial natural en ausencia de cualquier corriente. El potencial controlado aumento a continuacion a una velocidad de 0,1 mV/s hasta aproximadamente +2000 mV con respecto al electrodo de referencia para obtener el comportamiento de polarizacion.

La Fig. 3 muestra las densidades de corriente de salida del el anodo de aluminio y el anodo de titanio revestido de MMO en funcion de sus potenciales de corriente activada y potenciales de desconexion instantanea medidos con respecto al electrodo de referencia 10 dfas despues de colar el hormigon. La densidad de corriente en el eje y se expresa como corriente por unidad de area de la superficie del anodo, y se representa graficamente frente al potencial en mV con respecto al electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre saturado en el eje x. Cuando el potencial de corriente activada del aluminio aumenta hasta +2000 mV, la densidad de corriente de aluminio aumenta hasta 16000 mA/ m2 y el potencial de desconexion instantaneo del aluminio aumenta a +1000 mV. Por el contrario, la corriente de desconexion instantanea del nodo de titanio revestido de MMO solamente fue significativa cuando su potencial aumento por encima de +1000 mV. A un potencial de corriente activada de +2000 mV, la densidad de

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corriente del anodo de titanio revestido de MMO alcanzo los 3000 mA/m2 y su potencial de desconexion instantanea fue +1400 mV. Por tanto, el aluminio 'pudo generar densidades de corriente mucho mas altas a menores potenciales de anodo. De hecho, la densidad de corriente suministrada por el anodo de aluminio fue superior a 10000 mA/m2 cuando su potencial de desconexion instantanea alcanzo el potencial del electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre saturado.

La comparacion entre las caractensticas de polarizacion anodica de un anodo de aluminio con los de un anodo de titanio revestido de MMO en este ejemplo muestra las ventajas significativas a obtener mediante el uso de metales de sacrificio en un papel de corrientes impresas. El uso de un metal de sacrificio incluido en un material poroso en un agujero en el hormigon armado permite conseguir densidades de corrientes impresas anodicas que son sustancialmente mayores a cualquiera de los obtenidos usando la tecnologfa existente de anodos de corrientes impresas para la misma tension de impulsion.

Un problema relativo al uso de un metal de sacrificio incluido en un material poroso aplicado al hormigon armado es la vida util del anodo. La vida util de un anodo tubrido esta relacionada con su tamano y con su corriente de salida. El tamano tfpico para una vida prolongada se calcula usando las siguientes hipotesis:

- Una corriente de 500 mA/m2 aplicada al acero durante 1 semana cambiara el entorno local en el acero para inducir la pasivacion.

- Una corriente de proteccion promedio de 1 mA/m2 mantendra la pasividad del acero y evita el inicio de la corrosion en los siguientes 50 anos.

- La instalacion de 4 anodos por metro cuadrado conseguira una distribucion de corriente razonable.

- Se utiliza un anodo discreto de aleacion de aluminio con una densidad de 2700 kg/m3, una densidad de carga de 2980 Ah/kg y una eficacia del 93 %.

Una corriente de 500 mA durante 7 dfas, seguido de 1 mA durante 50 anos es equivalente a una carga de 522 Ah, o 130 Ah por anodo. Las propiedades del metal de sacrificio indican una carga util de 7458 Ah por litro de metal anodico y se puede conseguir un anodo de 130 Ah con un volumen de anodo de 0,0174 litres. Esto se puede conseguir mediante un anodo que tenga 15 mm de diametro y una longitud de 100 mm. La instalacion de cuatro anodos de este tamano en cada metro cuadrado de superficie de acero en una estructura de hormigon es una tarea relativamente sencilla.

Como se ha indicado anteriormente, 500 mA/m2 aplicados al acero durante una semana seran mas que suficientes para inducir cambios en el entorno que conduzcan en la mayona de los casos a la pasividad del acero. Una densidad de corriente para prevencion catodica de 1 mA/m2 esta en el centro del intervalo esperado de densidades de corriente de proteccion catodica divulgado en la norma BS EN 12696:2000. Este calculo muestra que es practico utilizar anodos de sacrificio incluidos en un tratamiento electroqmmico tubrido y para conseguir una vida en servicio duradera.

La invencion se describira ahora en los siguientes ejemplos.

Ejemplo 1

Un anodo de 15 mm de diametro y 100 mm de longitud que comprendfa una barra de aleacion de aluminio conocido como norma de las US Navy MIL-A-24779 (SH), colado alrededor de un alambre de titanio para facilitar la conexion electrica al aluminio, se incluyo en agujero de una pasta de cal de 25 mm de diametro por 130 mm de profundidad en un bloque de hormigon. En la Fig. 1 se muestra la disposicion basica. El bloque de hormigon que media 380 por 270 por 220 mm se preparo usando un agregado de 20 mm de calidad integral y cemento Portland normal en la relacion 8:1. La relacion agua a cemento fue de 0,6 y se anadio un 4 % de ion cloruro en peso de cemento a la mezcla disolviendo el cloruro de sodio en el agua de la mezcla. Se incluyo una lamina de acero con un area superficial de 0,125 m2 en el bloque de hormigon. La pasta de cal se produjo apagando y madurando la cal viva y se obtuvo de un fabricante de pasta de cal y de morteros de cal. El agujero en el bloque de hormigon que contema la pasta de cal y el anodo se dejo abierto al aire. El bloque de hormigon se almaceno en un ambiente interior seco y la temperatura vario entre 10 y 20°C.

Se conectaron el anodo y el acero mediante una fuente de alimentacion de 12 V de CC durante un periodo de 13 dfas durante los cuales se administro una carga de 65 kC desde el anodo al acero. En la Fig. 4 se proporciona la densidad de la corriente procedente del anodo durante los primeros 11 dfas. Durante la mayor parte de este tiempo, la corriente procedente del anodo fue mayor de 5000 mA/m2.

Al finalizar el periodo de tratamiento con corrientes impresas, la fuente de CC se retiro y el anodo se conecto al acero. Se midio la corriente galvanica procedente del anodo utilizando un resistor de 1-ohm como sensor de corriente en la conexion entre el anodo y el acero. En la Fig. 5 se proporciona la densidad de la corriente procedente del anodo actuando simplemente en modo galvanico durante los siguientes 40 dfas. Durante la mayor parte de este periodo la densidad de la corriente procedente del anodo vario entre 500 y 600 mA/m2.

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Puede senalarse que la presencia de 4 % de cloruro en el hormigon representa un ambiente muy agresivo que conduce a una salida de intensidad muy elevada del anodo de sacrificio cuando funciona tanto en modo de corriente impresa y como en modo galvanico.

Ejemplo 2

Veinticinco anodos de aleacion de aluminio de 15 mm de diametro y 100 mm de longitud descritos en el ejemplo 1 se incluyeron en una columna de hormigon que contema un refuerzo de acero con un area superficial del acero de 3,2 m2 La columna se protegio de la lluvia y la humedad y estaba muy seca, pero estaba a la vista del mar y se expuso a la contaminacion por cloruro a traves del aire. Los anodos se instalaron perforando agujeros de 25 mm a 180 mm en el hormigon, rellenando parcialmente los agujeros con una mezcla de pasta de cal y 10 % de poliestireno y presionando finalmente los anodos en la masilla hasta que se incluyeron completamente en la masilla. Los anodos se distribuyeron uniformemente sobre la columna y se localizaron entre las barras de acero de refuerzo.

Los anodos se conectaron al terminal positivo de la fuente de alimentacion de 12 V de CC y el acero se conecto al polo negativo durante un periodo de 8 dfas, durante los cuales se administro una carga de 67 kC/m2 a la superficie del acero. En la Fig. 6 se proporciona la densidad de la corriente procedente de los anodos durante este periodo. La corriente suministrada por los anodos vario entre 4500 y 1500 mA/m2. Tras este tratamiento inicial, los agujeros que conteman los anodos se precintaron con un material de reparacion de mortero de cemento estandar.

Al finalizar el periodo de tratamiento con corrientes impresas, la fuente de CC se retiro y los anodos se conectaron al acero. Se midio la corriente galvanica procedente de los anodos utilizando un resistor de 1-ohm como sensor de corriente en la conexion entre los anodos y el acero. En la Fig. 7 se proporciona la densidad de la corriente procedente de los anodos actuando simplemente en modo galvanico durante los siguientes 30 dfas. La densidad de la corriente galvanica procedente de los anodos era entre 80 y 150 mA/m2 lo que equivale a una corriente de proteccion en la superficie del acero de entre 3 y 5 mA/m2.

Las condiciones muy secas representan un ambiente relativamente no agresivo y la densidad de la corriente impresa del anodo y la densidad de la corriente del anodo galvanico fueron bajas en comparacion con los datos obtenidos en el ejemplo 2. Sin embargo, la corriente galvanica administrada al acero como tratamiento preventivo es relativamente alta para la prevencion catodica, especialmente en este ambiente. La vida restante del metal de sacrificio en los anodos que suministran 3 mA/m2 al acero, suponiendo una eficacia del anodo del 70 %, se calculo en 28 anos y sera mas larga si el promedio de la densidad de corriente de prevencion catodica aplicada se estabiliza en un valor mas bajo.

Aplicabilidad industrial

El uso industrial de la tecnologfa divulgada se refiere a los metodos y productos para detener y evitar la corrosion del acero en las estructuras de hormigon reforzado. Las ventajas de la tecnologfa divulgada incluyen una inhibicion rapida de la corrosion del acero, corto periodo de tratamiento en el sitio, mantenimiento a largo plazo no regular, facil instalacion y autocorreccion del cortocircuito accidental del anodo al acero. Las normas aplicables a esta tecnologfa incluyen BS EN 12696 : 2000 (Proteccion catodica del acero en el hormigon) y prCEN/TS 14038-1 (Tratamientos de realcalinizacion electroqmmica y extraccion del cloruro para hormigon armado).

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   REIVINDICACIONES

   1. Uso de un anodo y una fuente de alimentacion CC para proteger el acero en construcciones de hormigon, cuyo uso comprende extraer una corriente desde al anodo hasta el acero usando la fuente de alimentacion CC para suministrar un tratamiento con corrientes impresas temporal adaptado para mejorar el entorno en el acero para detener la corrosion del acero y el posterior suministro desde el mismo anodo hacia el acero a un tratamiento preventivo de baja intensidad adaptado para inhibir la corrosion del acero en el que el tratamiento con corrientes impresas temporal es un tratamiento de alta intensidad con respecto al tratamiento preventivo de baja intensidad y el anodo comprende un elemento metalico de sacrificio que experimenta la disolucion del metal de sacrificio como la principal reaccion anodica.
2. 2. Uso de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que se suministra una carga no superior a 600 kC/m2 al acero en el tratamiento con corrientes impresas temporal.
3. 3. Uso de acuerdo con la reivindicacion 2 en el que se suministra una carga no superior a 100 kC/m2 al acero en el tratamiento con corrientes impresas temporal.
4. 4. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en el que el tratamiento con corrientes impresas temporal tiene menos de 3 meses de duracion.
5. 5. Uso de acuerdo con la reivindicacion 4 en el que el tratamiento con corrientes impresas temporal tiene menos de 3 semanas de duracion.
6. 6. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que el tratamiento con corrientes impresas temporal se suministra con una densidad de corriente anodica superior a 200 mA por metro cuadrado de anodo.
7. 7. Uso de acuerdo con la reivindicacion 6 en el que el tratamiento con corrientes impresas temporal se suministra con una densidad de corriente anodica superior a 1000 mA por metro cuadrado.
8. 8. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en el que la intensidad promedio durante el tratamiento con corrientes impresas temporal es al menos un orden de magnitud mayor que la intensidad promedio durante el tratamiento preventivo de baja intensidad.
9. 9. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en el que el tratamiento preventivo de baja intensidad comprende suministrar una intensidad promedio inferior a 5 mA por metro cuadrado de acero al acero.
10. 10. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en el que el tratamiento preventivo de baja intensidad se consigue proporcionando una ruta para la conduccion de electrones desde el elemento metalico de sacrificio hasta el acero.
11. 11. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en el que el tratamiento preventivo de baja intensidad comprende prevencion catodica con corrientes impresas.
12. 12. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 en el que el tratamiento preventivo de baja intensidad tiene un mantenimiento bajo con respecto a la proteccion catodica con corrientes impresas.
13. 13. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 en el que el tratamiento preventivo de baja intensidad es un tratamiento a largo plazo.
14. 14. Uso de acuerdo con la reivindicacion 13 en el que el anodo esta incluido en un material poroso unido al hormigon para uso prolongado.
15. 15. Uso de acuerdo con la reivindicacion 14 en el que el anodo es un anodo discreto compacto incluido en un material poroso en una cavidad formada en el hormigon.
16. 16. Un anodo adaptado para el uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 que comprende un elemento metalico de sacrificio y un detalle de conexion para un anodo de corrientes impresas en el que el anodo es un anodo compacto discreto adaptado para su inclusion en una cavidad formada en el hormigon y el elemento metalico de sacrificio es menos noble que el acero y el detalle de conexion para un anodo de corrientes impresas es una conexion con el elemento metalico de sacrificio que conduce electrones y esta protegido de la disolucion anodica y comprende un conductor que sigue pasivo a potenciales mas positivos que +500 mV por encima del potencial del potencial de referencia del cobre/sulfato de cobre saturado donde el conductor se aleja del elemento metalico de sacrificio para proporcionar un punto de conexion adaptada para conectar el conductor a otro conductor.
17. 17. Un anodo de acuerdo con la reivindicacion 16 en el que el anodo compacto discreto se adapta para encajar en una cavidad perforada o taladrada en el hormigon de 50 mm de diametro y 200 mm de longitud.

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18. 18. Un anodo de acuerdo con la reivindicacion 16 en el que el anodo compacto discreto se adapta para encajar en una roza cortada en una superficie de hormigon de 30 mm de anchura y 50 mm de profundidad.
19. 19. Un anodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18 en el que el elemento metalico de sacrificio se forma alrededor del conductor sobre una parte de su longitud.
20. 20. Un anodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19 en el que el conductor permanece pasivo a potenciales mas positivos que +2000 mV por encima del potencial del potencial de referencia del cobre/sulfato de cobre.
21. 21. Un anodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20 en el que el conductor es un conductor inerte que permanece pasivo cuando se expone a un electrolito.
22. 22. Un anodo de acuerdo con la reivindicacion 21, en el que el conductor inerte es titanio.
23. 23. Un anodo de acuerdo con la reivindicacion 21 en el que el conductor inerte es un anodo inerte de corrientes impresas.
24. 24. Un anodo de acuerdo con la reivindicacion 23, en el que el anodo inerte de corrientes impresas se selecciona de la lista que comprende; titanio revestido de oxido metalico, titanio platinizado, niobio platinizado.
25. 25. Un anodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20 en el que el conductor permanece pasivo porque esta aislado del electrolito del entorno por una capa de material aislante.
26. 26. Un anodo de acuerdo con la reivindicacion 25 en el que el material aislante se extiende por encima de una parte de la superficie de metal de sacrificio donde el conductor esta conectado al elemento metalico de sacrificio.
27. 27. Un anodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 26 en el que el elemento metalico de sacrificio comprende aluminio o cinc o magnesio o una de sus aleaciones.
28. 28. Una combinacion del anodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 27 y un material de inclusion poroso adaptado para incluir el anodo en una cavidad formada en el hormigon.
29. 29. Una combinacion de acuerdo la reivindicacion 28 en la que el material de inclusion poroso tiene una resistencia a la compresion inferior a 1 N/mm2.