MX2014012653A - Método para la protección galvánica de una estructura de concreto reforzada. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a la protección galvánica de una estructura de concreto (10) que comprende refuerzos de metal (12); previamente se hacen agujeros (15) en la estructura para recibir ánodos sacrificio; antes de disponer dichos ánodos de sacrificio, se insertan electrodos de descontaminación (16) y un electrolito en los agujeros, para llevar a cabo una fase de descontaminación en la que la terminal negativa de un suministro de energía (18) se conecta eléctricamente a los refuerzos de la estructura, y la terminal positiva del suministro de energía se conecta eléctricamente a los electrodos de descontaminación; una vez que se ha activado el suministro de energía durante cierto tiempo para atraer los iones de cloruro hacia los electrodos de descontaminación y el electrolito, el electrolito y los electrodos de descontaminación son removidos de los agujeros (15) y los ánodos de sacrificio son sellados en los mismos y después se conectan eléctricamente con los refuerzos.

Description

MÉTODO PARA LA PROTECCIÓN GALVÁNICA DE UNA ESTRUCTURA DE CONCRETO REFORZADA MEMORIA DESCRIPTIVA La invención se refiere a teenicas de concreto reforzado, y más particularmente a un método para proteger armaduras de concreto contra la corrosión.

Las armaduras de acero de concreto reforzado se corroen debido a la disminución del pH del concreto en el que están integradas en caso de carbonación, y/o de penetración por difusión de productos contaminantes, como cloruros, por ejemplo. Estos fenómenos que provocan corrosión pueden suceder incluso con un bajo índice de humedad.

Para colocar las armaduras en un medio inmunizante que las proteja, un método típico consiste en rascar el concreto de cobertura para reemplazarlo por un concreto sano. Pero este método resulta costoso.

Para proteger las armaduras en su ambiente original se pueden usar técnicas relacionadas con la química, como la aplicación de productos inhibidores, o relacionadas con electroquímica, como métodos para la protección catódica o galvánica.

Los inhibidores de corrosión son productos líquidos los cuales, una vez aplicados en la superficie de concreto, migran por difusión a través de la misma y se unen a las armaduras. Éstos inhiben las reacciones catódicas o anódicas o, para algunos de estos productos, inhiben ambas (inhibidores mixtos). Este metodo tiene un aspecto aleatorio, debido a la dificultad de predecir la difusión de moléculas dentro de la red porosa del concreto. Algunos concretos no permiten la penetración de los inhibidores.

La protección catódica consiste en crear un ánodo colocando un metal que no sea fácilmente corroído cerca de las armaduras y dejando cierto espesor de concreto entre este metal y las armaduras. Se enciende un generador de corriente con su terminal positiva conectada al ánodo y su terminal negativa conectada a las armaduras, para obtener una corriente mayor que la corriente de corrosión de las armaduras circulando en el concreto. Entonces las armaduras actúan como un cátodo en el sistema electrolítico.

La corriente aplicada al sistema se puede ajustar a través del generador según sea necesario. Normalmente las corrientes se ajustan a entre 2 mA y 20 mA por metro cuadrado de armadura.

La protección galvánica catódica está basada en un principio similar al de la protección catódica, pero la corriente suministrada se obtiene por la corrosión del ánodo, el cual a su vez está conectado a las armaduras. Dicho ánodo es referido como un ánodo de sacrificio. Los ánodos están hechos de un metal que es fácilmente oxidable, como zinc, aluminio, magnesio o aleaciones de los mismos. El sistema funciona como una batería. La cantidad de corriente provista por dicho sistema depende de las superficies del ánodo y de su composición. La corriente suministrada está limitada por la velocidad de corrosión de los ánodos de sacrificio, su composición y su número.

La falta de un generador y de un sistema para regular las cantidades de corriente es una ventaja de la protección galvánica catódica. Sin embargo, sigue siendo baja la corriente generada por la corrosión de los ánodos de sacrificio y esto limita las aplicaciones del sistema. En general, es de menos de 2 mA por metro cuadrado de armadura despues ajustar el acoplamiento con el acero. Con frecuencia se considera que este valor es insuficiente para la protección de las armaduras que exhiben fosos de corrosión.

Debido a que no puede aumentar la cantidad de corriente galvánica, una solución consiste en reducir las relaciones de cloruros que están cerca del acero para suprimir o reducir los efectos de los fosos de corrosión.

Un método conocido consiste en aplicar, sobre la superficie del concreto, un ánodo metálico que está integrado en una matriz fibrosa que a su vez está impregnada con un electrolito para asegurar la continuidad eléctrica entre el ánodo y el concreto. La terminal positiva de un generador se conecta con el ánodo y la terminal negativa con las armaduras, para aplicar una corriente que tiene una intensidad alta (aproximadamente de 1 A/m2 de armadura) durante aproximadamente 200 horas. Entonces los iones negativos CI se unen a la polaridad positiva del ánodo y migran al exterior para concentrarse alrededor del ánodo. Al final del tratamiento, el ánodo y la matriz que está impregnada con electrolito son removidos con los iones de cloruro extraídos. Así las armaduras de acero están en un medio que ha sido limpiado de iones agresivos, y entonces se puede proteger contra los mismos por medio de una protección galvánica cuya corriente es suficiente para un medio libre de cloro.

Dichos metodos de extracción de cloruro resultan costosos y largos. Por lo tanto no se usan en este contexto.

Las solicitudes de patente WO 2005/106076 A1 y WO 2006/097770 A2 describen una solución intermediaria que permite impulsar a los iones de CI lejos de las armaduras en un sistema de protección galvánica. El método utiliza ánodos de sacrificio definitivos que se localizan en el concreto para, en primer lugar, aplicar una corriente forzada de una cantidad de 50 kilocoulombs (kC) a través de un generador. Esta corriente impulsa los iones de CI lejos de las armaduras al concentrarlos alrededor del ánodo. Entonces se puede apagar el generador y los ánodos de sacrificio pueden ser conectados a las armaduras. Así se logra el objetivo de usar una corriente galvánica baja para proteger el acero de la corrosión en un medio declorado. Los cloruros restantes y aquellos que son propensos a entrar posteriormente, seguirán concentrándose alrededor del ánodo durante el tiempo de operación del sistema galvánico. Pero un efecto secundario negativo es que la corriente aplicada en la primera fase acelera la corrosión del ánodo, que rápidamente pierde peso y por lo tanto reduce la reserva de energía que se requiere para mantener el sistema de protección galvánica con el tiempo. Esta pérdida debe de ser compensada con un peso de partida extra para el ánodo.

Por o tanto existe la necesidad de mejorar las teenicas de protección galvánica en ambientes clorados. En particular, se desea obtener una técnica que permita impulsar los iones de cloruros lejos de las armaduras de acero, sin consumir la materia de los ánodos de sacrificio y/o aumentar el valor de pH en las cercanías de los aceros para reducir la relación CI /OH (realcalinizar).

Se describe un método para la protección galvánica de una estructura de concreto que tiene armaduras metálicas. El método comprende: - perforar agujeros en la estructura; - insertar un electrodo de descontaminación y un electrolito dentro de por lo menos uno de los agujeros; - conectar eléctricamente la terminal negativa de una fuente de corriente con las armaduras y la terminal positiva de la fuente de corriente con cada electrodo de descontaminación; - activar la fuente de corriente; - remover el electrolito y cada electrodo de descontaminación; - disponer y sellar ánodos de sacrificio en los agujeros perforados en la estructura; y - conectar eléctricamente los ánodos de sacrificio con las armaduras.

Se lleva a cabo una fase de descontaminación antes de colocar los ánodos de sacrificio. En esta fase de descontaminación, los iones de cloruro son atraídos hacia los agujeros, en donde se localizan los electrodos de descontaminación y el electrolito. Despues de la activación de la fuente de corriente durante un tiempo suficientemente largo, se eliminan los electrodos de descontaminación y también el electrolito, lo cual evacúa la mayor parte de iones de cloruro fuera de la estructura. Después, los ánodos de sacrificio son instalados y sellados en los agujeros para asegurar la protección galvánica en un medio ambiente que tiene poco cloro.

La fase de descontamianción se realiza con un costo adicional muy bajo, porque se basa en agujeros que ya están hechos para recibir los ánodos de sacrificio.

Además, al usar herramientas-ánodo como electrodos de descontaminación, no se consume la masa de los ánodos finales que serán sellados para asegurar la protección galvánica. Las herramientas-ánodo se pueden usar otra ves en alguna otra ubicación del trabajo, o en otro sitio.

Convenientemente el electrodo de descontaminación se hace con un material inoxidable, por ejemplo metálico (titanio, acero inoxidable), o de carbono. Tiene una superficie exterior relativamente importante para la conducción de corriente, lo que se puede obtener formándolo como un tubo o como un alambre enrollado en espiral.

El electrolito es un material seleccionado para ser retenido adentro de los agujeros y después removido en una manera simple, aplicando una corriente de agua o un chorro de aire comprimido, o succionando.

Generalmente está en forma de un gel electrolítico cuya consistencia hace posible obtener un electrolito que se mantenga por sí mismo en los agujeros, cuyo diámetro típicamente no excede de 25 mm. Para otras formas de ánodos, puede aumentar o disminuir el diámetro del agujero.

En general la profundidad de los agujeros corresponde a la profundidad que se requiere para alojar y ajustar correctamente los ánodos finales con relación a la superficie, pero tambien es posible, para extraer más profundamente iones de cloruro durante el paso de corriente forzada, hacer agujeros que tengan una profundidad más grande los cuales, después de la remoción del gel y la limpieza, serán llenados con un mortero hidráulico en el momento de sellar los electrodos galvánicos.

Otras características y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción de una modalidad ejemplar no limitante, con referencia a los dibujos anexos en los cuales: - la figura 1 es una vista en perspectiva de una parte de la estructura de concreto reforzada a la cual se puede aplicar la invención; - las figuras 2 y 3 son otras vistas en perspectiva de la parte de estructura que se muestra en la figura 1, a dos pasos de una fase de descontaminación; - la figura 4 es un diagrama en perspectiva que ilustra la introducción de un electrodo de sacrificio para la protección galvánica en un agujero perforado en la parte de estructura de las figuras 1 a 3; y - la figura 5 es otra vista en perspectiva que muestra diagramáticamente el sistema de protección galvánica instalado en la parte de estructura.

En general la protección de las armaduras de concreto reforzado se obtiene sellando, dentro de agujeros perforados en el concreto, pequeños cuerpos de materiales fácilmente corrosibles, como por ejemplo aleaciones de zinc, conectados entre sí por un alambre aislado y despues conectados a las armaduras del concreto en uno o varios puntos. Los ánodos de sacrificio así formados son corroídos y generan partículas metálicas en forma de iones. Los electrones liberados por la reacción anódica son distribuidos a las armaduras por el alambre que las conecta. La corriente regresa a través del concreto que actúa como un electrolito.

El método que se propone en la presente utiliza los agujeros 15 perforados en el concreto 11 (figura 1), proporcionándose la vista del sellado de los cuerpos de aleación formando ánodos galvánicos, para realizar un procesamiento previo por medio de una corriente forzada, para extraer iones de cloruro y realcalinizar el concreto 11 alrededor de las armaduras 12.

Para implementar la téenica de protección galvánica, los agujeros 15 son perforados a través de la estructura de concreto reforzado 10, teniendo la precaución de no golpear las armaduras metálicas 12. Los agujeros 15 perforados en la estructura se disponen de tal manera que tengan un traslape entre los alcances activos de los electrodos de sacrificio a los cuales alojarán, para cubrir el área de las armaduras que serán protegidas. Típicamente en la técnica de protección galvánica cada electrodo de sacrificio tiene un alcance activo en el orden de 20 a 30 cm.

En el metodo de acuerdo con la invención, antes de insertar los electrodos de sacrificio en los agujeros 15, se lleva a cabo una fase previa de descontaminación por medio de electrodos 16 introducidos en los agujeros 15 (figura 2).

De preferencia los electrodos de descontaminación 16 están hechos de un material inoxidable o de un material poco corrosible. En particular pueden estar hechos de titanio, o de acero inoxidable. También se pueden utilizar materiales no metálicos, como carbono.

En la modalidad que se ilustra en la figura 2, los electrodos de descontaminación 16 están en forma de un alambre metálico enrollado en espiral. Son posibles otras geometrías. En particular es apropiada una forma de tubo para los electrodos de descontaminación 16.

Cada electrodo de descontaminación 16 tiene una extensión que consiste en un alambre 17 que también está hecho de un material inoxidable. En el ejemplo ilustrado, el electrodo 16 está hecho de un alambre de titanio enrollado en la parte que está sumergida en el agujero 15 y se extiende para formar una varilla 17 afuera del agujero 15.

Los electrodos 16 se introducen en los agujeros 15 con un agente electrolítico, de preferencia en forma de un gel. En la práctica, los agujeros 15 pueden ser llenados primero con un gel electrolítico que, gracfes a su consistencia gelificada, se mantiene autónomamente dentro de los agujeros. Después se introducen en los mismos los electrodos de descontaminación 16, para ocupar todo el espacio interior de los agujeros 15 con el gel electrolítico.

El gel electrolítico puede estar hecho esencialmente de un agente de retención de agua y una base, como lejía de sosa o similares. Por ejemplo, para un gel que contiene 400 g de agua, se puede añadir 50 g de hidróxido de sodio (NaOH) al 30 % y 40 g de metilcelulosa tipo S35. Con las mismas proporciones, se puede reemplazar el NaOH con carbonato de potasio (K2CO3) para aumentar el pH en la cercanía inmediata de las armaduras.

Despues de introducir el gel electrolítico y los electrodos 16 en los agujeros 15, los electrodos 16 se conectan eléctricamente entre sí y con la terminal positiva de una fuente de corriente 18 (figura 3). En lo que se refiere a la terminal negativa de la fuente de corriente 18, ésta se conecta eléctricamente con la disposición de armaduras metálicas 12 de la estructura de concreto reforzada 10.

Después de instalar y conectar los electrodos de descontaminación 16, la fase de descontaminación comprende activar la fuente de corriente 18 para aplicar una corriente que, al final de la fase de descontaminación, puede representar, por ejemplo, una carga integrada de 50 kC por m2 de armaduras, este valor no es limitante. La corriente suministrada por la fuente 18 puede estar en la escala de 0.5 a 1 A por m2 de armaduras en contacto con el concreto, lo que da lugar a, dependiendo de la superficie de las armaduras que serán protegidas, un tiempo de activación de la fuente 18 en el orden de algunas decenas de horas.

El alambre 17 se usa para conectar electricamente a los electrodos de descontaminación 16 con la terminal positiva de la fuente de corriente. Su constitución como un material inoxidable, en por lo menos una parte de su longitud en el lado del electrodo de descontaminación, evita que los electrodos 16 se degraden cuando están en uso.

La fuente de corriente 18 es una batería o un suministro de energía de CC conectado a la red principal. Se activa para suministrar una corriente CC con una intensidad en la escala de 0.5 a 1 A por metro cuadrado de las armaduras.

En el ejemplo que se muestra en la figura 3, los electrodos 16 se instalan juntos en la estructura 10 para realizar la fase de descontaminación. Como se comprenderá, dependiendo del hardware y del tiempo disponible, otra opción es introducir y activar sucesivamente un electrodo 16 o un grupo de electrodos 16 para descontaminar a su vez varias regiones de la estructura.

Al final de la fase de descontaminación, los electrodos 16 se sacan de los agujeros 15, así como el gel electrolítico que entonces contiene cierta cantidad de iones de cloro que han migrado desde el cuerpo de concreto 11.

Para remover el gel de los agujeros 15, se aplica una corriente de agua o un chorro de aire comprimido, o el gel es succionado.

Después los agujeros 15 son liberados y los ánodos de sacrificio 20 pueden ser introducidos en los mismos. Para ilustrar, los ánodos de sacrificio 20 pueden tener la forma que se muestra en la figura 4. En este ejemplo, los ánodos de sacrificio 20 tienen la forma de un perfil que tiene una sección transversal en estrella, con el fin de proporcionar un área de contacto relativamente importante con el mortero 21 que será utilizado para sellarlos en los agujeros 15.

Los ánodos de sacrificio 20 pueden estar hechos con cualquier material conocido por su uso en las teenicas de protección galvánica, es decir, un material fácilmente corrosible. Un material preferido para los ánodos de sacrificio 20 es zinc o una aleación de zinc.

Después de introducir los ánodos de sacrificio 20 en los agujeros 15 perforados en la estructura de concreto 10, estos agujeros 15 se llenan con un mortero de sellado 21 (figura 5). Cada ánodo de sacrificio tiene una varilla de conexión conductora 22 que sobresale del mortero de sellado 21. Estas varillas de conexión 22 se conectan eléctricamente entre sí así como con la disposición de armaduras metálicas del concreto, como se muestra en la figura 5.

Así termina la instalación del sistema de protección galvánica. Durante la vida futura de la estructura, los fenómenos electrolíticos generadores de corrosión provocan el consumo de los ánodos de sacrificio 20 en vez de la corrosión de las armaduras metálicas 12 de la estructura de concreto reforzada 10.

El método propuesto hace posible la extracción a bajo costo de iones de cloro, ya que utiliza los agujeros que ya están perforados. Los iones de cloro son drenados de la estructura extraiéndolos a través de los agujeros en vez de la superficie. Así se puede reducir tiempo de migración de los iones.

El empleo de herramientas reutilizables de ánodo hace posible no dañar los cuerpos de ánodo definitivos que serán sellados después de la extracción y el procesamiento de realcalinización.

Si se desea, el método hace posible seguir con el procesamiento hasta que los iones de cloro hayan sido extraídos por completo. El uso de herramientas de ánodo que no son consumidas, no se limita a la aplicación de una carga específica.

Las modalidades descritas o mencionadas anteriormente son ilustraciones de la presente invención. Se pueden hacer varios cambios a las mismas sin apartarse del alcance de la invención, que está descrita en las reivindicaciones anexas.

Claims (13)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un metodo para la protección galvánica de una estructura de concreto que tiene armaduras metálicas (12), el método comprende: perforar agujeros (15) en la estructura; insertar un electrodo de descontaminación (16) y un electrolito dentro de por lo menos uno de los agujeros; conectar eléctricamente la terminal negativa de una fuente de corriente (18) con las armaduras y la terminal positiva de la fuente de corriente con cada electrodo de descontaminación; activar la fuente de corriente; remover el electrolito y cada electrodo de descontaminación; disponer y sellar ánodos de sacrificio en los agujeros perforados en la estructura; y conectar eléctricamente los ánodos de sacrificio con las armaduras.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el electrodo de descontaminación (16) está hecho de un material inoxidable, en particular titanio, de acero inoxidable o de carbono.

3.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el electrodo de descontaminación (16) está formado como un tubo o un alambre enrollado en espiral.

4.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el electrodo de descontaminación (16) se conecta electricamente con la terminal positiva de la fuente de corriente (18) por medio de un alambre (17) que está hecho de un material inoxidable, en particular titanio, en por lo menos una parte de su longitud en el lado del electrodo de descontaminación.

5.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el electrolito es removido de cada agujero (15) aplicando una corriente de agua o aire.

6.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el electrolito está en forma de un gel.

7.- El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el electrolito es una mezcla que comprende agua, un agente gelificante o retenedor de agua, como metilcelulosa, y una base.

8.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la base es hidróxido de sodio.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la base es carbonato de potasio para realcalinizar el concreto alrededor de las armaduras (12).

10.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque la fuente de corriente (18) comprende una batería o fuente de energía CC conectada a la red principal, que se activa para suministrar corriente en la escala de 0.5 a 1 A por metro cuadrado de las armaduras.

11.- El metodo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque los ánodos de sacrificio (20) son a base de zinc.

12.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el electrodo de descontaminación (16) es una herramienta que se usa varias veces.

13.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque los agujeros (15) tienen una profundidad mayor que una profundidad requerida para insertar los ánodos de sacrificio (20).