MX2015001298A - Anodo galvanico y metodo para proteccion contra la corrosion. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un ánodo galvánico sacrificatorio híbrido, un sistema anódico que incluye el ánodo sacrificatorio híbrido, y un método para refuerzo del acero de protección catódica en estructuras de concreto. El ánodo híbrido proporciona una polarización inicial del acero seguida por una protección galvánica a largo plazo sin el uso de baterías ni fuentes de alimentación externas.

Description

ÁNODO GALVÁNICO Y MÉTODO PARA PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La corrosión tiene un enorme impacto económico y ambiental virtualmente en todas las facetas de la infraestructura mundial, desde carreteras, puentes y edificios, hasta el petróleo y gas, el procesamiento guímicos y los sistemas de aguas y aguas residuales. Un estimado reciente del costo directo de corrosión a nivel mundial, para la prevención, así como reparación y reemplazo, excedió los $ 18 trillones de dólares, o del 3 hasta el 4 por ciento del producto interno bruto (PIB(GDP)) de los países industrializados .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El estudio de costos por corrosión financiado por la 2001, Ü.S. Federal Highhway Administration, "Corrosión Costs and Preventive Strategies in the United States", determinó el costo directo anual de la corrosión gue será asombrosamente de $ 276 mil millones de dólares. El estudio cubrió un gran número de sectores económicos, entre los gue se incluye la infraestructura del transporte, la industria de energía eléctrica, transporte y almacenamiento.

Se estimó de manera conservadora que el costo indirecto de la corrosión será igual al costo directo, proporcionando un costo total directo más indirecto de más de $ 600 mil millones de dólares o 6 por ciento PIB (GDP). Se considera que este costo será un estimado conservador, debido a que en el estudio se utilizaron sólo costos bien documentados. Además de provocar un daño severo y amenazas a la seguridad pública, la corrosión afecta las operaciones y requiere reparación y reemplazo múltiple de activos fallidos.

La infraestructura de carreteras y puentes en los Estados Unidos se está desmoronando, con miles de puentes calificados como inseguros y que necesitan reemplazo o reparaciones mayores. En muchos de estos casos, la corrosión desempeña una función significativa en detrimento de la seguridad. Las medidas de protección contra la corrosión podrían ayudar a detener problemas adicionales. Se están tomando medidas para enfrentar el envejecimiento de la infraestructura en América. Por ejemplo, House bilí H.R. 1682, el "Bridge Life Extensión Act 2009", presentado en Marzo de 2009, podría requerir que los estados presenten un plan para la prevención y mitigación del daño provocado por la corrosión cuándo se están solicitando fondos federales para construir un nuevo puente o rehabilitar un puente existente .

Muchas estructuras de concreto reforzado sufren de degradación prematura. El reforzamiento con acero incrustado en el concreto inicialmente se protege de la corrosión mediante el desarrollo de una película de óxido estable sobre su superficie. Esta película, o capa pasivada, se forman mediante una reacción química entre el agua bastante alcalina en los poros de concreto y el acero. El pasivado proporcionado por las condiciones alcalinas se puede destruir por la presencia de cloruro. Los iones de cloruro despasivan localmente el metal y estimulan la disolución activa del metal. La corrosión del acero por lo general es insignificante hasta que los iones de cloruro alcanzan un umbral donde se inicia la corrosión. La concentración umbral depende de una serie de factores incluyendo, por ejemplo, el micro-entorno del acero, el pH de la solución en el interior del poro, la interferencia de otros iones en la solución dentro del poro, el potencial eléctrico del acero de refuerzo, la concentración de oxígeno y la movilidad iónica. El cloruro actúa como un catalizador ya que no se consume en la reacción de corrosión, sino que permanece activo para participar nuevamente en la reacción contra la corrosión.

El daño a las estructuras de concreto reforzado se provoca principalmente por la permeación de los iones de cloruro a través del concreto hacia el área circundante del refuerzo de acero. Existen una serie de fuentes de iones de cloruros incluyendo las adiciones a la mezcla de concreto, tales como las mezclas de aceleración que contienen cloruro. El cloruro también puede estar presente en el entorno de la estructura tal como las condiciones marinas o sales de deshielo. La presencia de cloruro no tiene un efecto directamente adverso sobre el concreto mismo, sino que estimula la corrosión del refuerzo de acero. Los productos de corrosión que se forman sobre el refuerzo del acero ocupan más espacios que el refuerzo del acero provocando presión que se ejercerá sobre el concreto desde el interior. Esta presión interna se acumula con el tiempo y, finalmente, conduce al agrietamiento y resquebrajamiento del concreto. La corrosión del refuerzo de acero también reduce la resistencia del acero de refuerzo y disminuye la capacidad para portar carga de la estructura de concreto.

Otros factores, junto con la concentración de iones de cloruro afectan la velocidad de corrosión del acero, incluyendo el pH, la disponibilidad de oxigeno, y el potencial eléctrico del acero, asi como la resistividad del concreto circundante. Estos factores interactúan, de tal forma que una limitación en uno, no necesariamente detiene la corrosión y los niveles que alcanzan los niveles umbral de uno, creará sinergia con el otro para permitir la corrosión. Por ejemplo, incluso con un alto nivel de cloruro si está disponible oxigeno insuficiente, la corrosión no se presentará. A medida que el pH cae, el umbral de cloruro para la corrosión disminuye. En el concreto con resistividad muy alta, no sólo la carbonatación y el cloruro penetran lento, la reacción de corrosión se reduce debido a la dificultad aumentada del flujo de iones. La temperatura también está implicada en la actividad de corrosión, justo similar a cualquier otra reacción química.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La protección catódica del refuerzo de acero en el concreto es un método aceptado para proporcionar protección contra la corrosión al metal, en especial donde están presentes iones de cloruro a concentraciones significativas en el concreto. La protección catódica implica la formación de un circuito con el acero de refuerzo que actúa como un cátodo que está conectado eléctricamente a un ánodo. Cuando existe una diferencia potencial significativamente grande, la corrosión del cátodo se reduce o evita.

Se sabe que la creación de una diferencia potencial entre un ánodo y un cátodo, ambos por medio de una protección catódica de la corriente de entrada y por medio de una celda galvánica. La protección catódica de la corriente de entrada implica el uso de un ánodo y una corriente eléctrica aplicada que emplea una fuente de energía DC externa o una fuente de energía AC y un rectificador. La fuente de energía presenta retos en los términos de confiabilidad y costos asociados con el consumo de energía en curso, el monitoreo y requerimientos de mantenimiento.

La protección catódica también se puede proporcionar por medio de una celda galvánica en la cual el potencial aumenta como resultado de los diferentes materiales que forman un ánodo sacrificatorio y un cátodo. La protección catódica sacrificatoria se presenta cuando un metal se acopla a un metal más reactivo, o más anódico. El ánodo consiste de un metal sacrificatorio que sea capaz de proporcionar corriente protectora sin el uso de una fuente de energía, debido a que las reacciones que se llevan a cabo durante su uso se favorecen termodinámicamente. Las desventajas de los sistemas de ánodo sacrificatorio incluyen una corriente de protección disponible limitada y una vida limitada. Los ánodos sacrificatorios se someten a corrosión en curso, o consumo del metal galvánico, y en general requieren la colocación en algún punto dependiendo del grado de la corrosión.

Debido a que la corrosión de las estructuras de concreto reforzadas con acero presenta peligros para la vida humana y su reparación es muy costosa, lo que se necesita son sistemas y métodos mejorados para coincidir con la necesidad de implementar teenologías anti-corrosión novedosas y proteger la infraestructura para futuras generaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1A, es una vista en sección transversal de una modalidad ilustrativa del sistema de protección catódica galvánica.

La figura IB, es una vista en sección transversal de una modalidad ilustrativa del sistema de protección catódica galvánica.

La figura 2, muestra un sitio de reparación en una estructura de concreto reforzado con una modalidad ilustrativa de un ánodo sacrificatorio incrustado en el mismo .

La figura 3A, es una vista en sección transversal de una modalidad ilustrativa del sistema de protección catódica galvánico.

La figura 3B, es una vista en sección transversal de una modalidad ilustrativa del sistema de protección catódica galvánico.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se proporciona un montaje de ánodo galvánico y un método para la protección contra la corrosión del acero de refuerzo en una estructura de concreto utilizando un sistema con base en los principios de la protección catódica del acero de refuerzo en estructuras de concreto.

De acuerdo con ciertas modalidades ilustrativas, un cuerpo del ánodo sacrificatorio comprende (a) un primer metal sacrificatorio, (b) un segundo metal sacrificatorio, el segundo metal sacrificatorio es menos negativo electroquímicamente que el primer metal sacrificatorio, en donde el primer metal sacrificatorio y el segundo metal sacrificatorio son más negativos electroquímicamente que el acero; y (c) un material de revestimiento que rodea el primer y/o el segundo metales sacrificatorios.

De acuerdo con otras modalidades, un cuerpo de ánodo sacrificatorio comprende (a) un primer metal sacrificatorio, el primer metal de sacrificatorio más negativo electroquímicamente que el acero, (b) un segundo metal sacrificatorio, el segundo metal sacrificatorio es menos negativo electroquímicamente que el primer metal sacrificatorio, y (c) un material de revestimiento que rodea el primero y/o el segundo metales sacrificatorios, en donde el cuerpo de ánodo comprende una forma sustancialmente cilindrica que tiene un rebajo con forma de C que se extiende sustancialmente a lo largo de la longitud de un costado del cuerpo de ánodo.

De acuerdo con modalidades adicionales, un sistema para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto que comprende (a) un cuerpo del ánodo que comprende un primer y segundo metal de sacrificatorio, el primer metal sacrificatorio es más negativo electroquímicamente que el acero, el segundo metal de sacrificatorio es menos negativo electroquímicamente que el primer metal de sacrificatorio; (b) el primer y segundo metales sacrificatorios, están cubiertos al menos parcialmente con un material de revestimiento; (c) al menos un conductor eléctrico alargado conectado eléctricamente al cuerpo de ánodo y que emana desde el material de revestimiento; y (d) reforzar el acero conectado a al menos un conductor eléctrico alargado.

De acuerdo con modalidades ilustrativas adicionales, un método para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto comprende conectar eléctricamente un cuerpo del ánodo sacrificatorio de al menos dos metales de diferentes materiales, cada uno más negativo electroquímicamente que el acero, el cuerpo del ánodo cubierto al menos parcialmente en un material de revestimiento, con un refuerzo de acero en una estructura de concreto reforzada de acero.

En modalidades ilustrativas adicionales, un método para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto comprende colocar un cuerpo del ánodo sacrificatorio de al menos dos metales sacrificatorios de diferentes materiales, cada uno más negativo electroquímicamente que el acero, al cuerpo de ánodo a al menos cubierto parcialmente en un material de revestimiento, con proximidad protectora catódica de un refuerzo de acero en una estructura de concreto reforzada con acero.

La protección catódica se puede aplicar para controlar la corrosión del acero incrustado en una estructura de concreto reforzado. El sistema para protección catódica de la presente descripción funciona para formar una diferencia de potencial electrolítico entre un ánodo y el acero de refuerzo. Esta diferencia provoca que fluya corriente a través de una conexión eléctrica y que fluyan iones a través del concreto y/o el material de revestimiento suficiente para evitar o reducir la corrosión de la barra de refuerzo de acero mientras que se está provocando la corrosión del ánodo.

La protección catódica evita la corrosión del refuerzo de acero en el concreto al convertir los sitios anódicos, o activos, en la superficie metálica a sitios catódicos, o pasivados. Crear una diferencia potencial entre un ánodo y un cátodo por medio de una protección catódica de corriente de entrada implica el uso de un ánodo no sacrificatorio y una corriente eléctrica aplicada. Un sistema de corriente de entrada requiere una corriente eléctrica generada por una fuente de energía externa, cableado y monitoreo para asegurar que el sistema permanece funcional.

La protección catódica sacrificatoria se puede proporcionar por medio de una celda galvánica en la cual el potencial aumenta como resultado de los diferentes materiales que forman un ánodo sacrificatorio y un cátodo. El cuerpo del ánodo se forma a partir del material sacrificatorio que corroe en lugar del material del acero sin requerir una corriente de entrada. Esto se denomina como un sistema sacrificatorio, ya que el ánodo galvánico se sacrifica para proteger al acero estructural de la corrosión. El ánodo sacrificatorio es una pieza de metal corrosivo, conectado eléctricamente a la superficie metálica que será protegida, la cual de preferencia se consume por la acción electrolítica .

En ciertas modalidades, el montaje de ánodos sacrificatorios de la presente descripción proporciona ubicaciones para que se lleven a cabo reacciones anódicas en lugar del acero de refuerzo. Por lo tanto, mientras el sistema galvánico esté en servicio, se degradará el ánodo, en lugar del acero de refuerzo.

De acuerdo con aspectos de la presente descripción, se proporciona un sistema galvánico en el cual el cuerpo del ánodo se forma partir de al menos dos metales sacrificatorios, que se corroen con relación a al acero, sin la provisión o uso de una corriente de entrada. El cuerpo del ánodo puede estar cubierto al menos parcialmente por un material de revestimiento. En algunas modalidades, los conductores metálicos alargados pueden estar conectados al cuerpo del ánodo y emanan del material de revestimiento para conectar eléctricamente el cuerpo del ánodo al acero de refuerzo incrustado en el concreto.

Los productos de oxidación se pueden depositar sobre la superficie del metal sacrificatorio del ánodo, a medida que se corroe. Si estos productos de corrosión no se retiran, los mismos evitarán la reacción electroquímica al bloquear el flujo de iones a través del electrolito, que se conoce como la pasivación del ánodo. Al hacer los productos de oxidación solubles, el ánodo puede seguir funcionando según se pretende. La solubilidad de los productos de corrosión se controla por el material de revestimiento. El material de revestimiento proporciona un mecanismo para la eliminación de los productos de corrosión desde la superficie de los metales sacrificatorios del cuerpo del ánodo, así como para proporcionar una trayectoria iónica para los iones fluyen desde el refuerzo de acero (el cátodo) hacia el ánodo de metal sacrificatorio de corrosión.

Los mecanismos conocidos para se utilizarán en los materiales de revestimiento para la eliminación de los productos de corrosión/oxidación de los metales sacrificatorios incluyen activación del pH, el uso de sales catalizadoras combinadas con humectantes y delicuescentes y quelación con polielectrolitos.

De acuerdo con ciertas modalidades, un material de revestimiento puede comprender, por ejemplo, un mortero poroso. Alternativamente, el material puede comprender un material comprimible, conductor iónicamente, en donde la matriz se puede comprimir de manera suficiente para absorber los productos de corrosión del ánodo de metal sacrificatorio. El material de revestimiento puede ser de química activante adecuada, por ejemplo, a través de haluros, quelación o pH, y de suficiente porosidad para permitir la absorción de los productos de corrosión, evitando o reduciendo con esto el pasivado .

En otras modalidades, el material de revestimiento puede incluir materiales humectante, delicuescentes y/o higroscópicos para absorber suficiente humedad para mantener la conductividad alrededor del ánodo para asegurar que se mantenga una suficiente salida de corriente durante la vida del ánodo y mantener la interfaz entre el ánodo y el cátodo (refuerzo de acero) activos electroquímicamente.

De acuerdo con ciertas modalidades ilustrativas, un material de revestimiento adecuado para el cuerpo del ánodo galvánico comprende una mezcla de aproximadamente 75% de yeso, aproximadamente 20% de arcilla de bentonita, y aproximadamente 5% de sulfato de sodio. Este material de revestimiento proporciona un entorno uniforme que reduce el auto-consumo del ánodo. Sin estar vinculados por ninguna teoría particular, se cree que el sulfato activa el metal de zinc del cuerpo del ánodo y la arcilla de bentonita actúa como un humectante.

En modalidades ilustrativas adicionales, se proporciona un montaje o cuerpo de ánodo de acción dual en el cual un metal sacrificatorio más activo electroquímicamente puede establecer alta actividad inicial para crear un entorno alcalino, libre de cloruro alrededor del acero de refuerzo unido. Esta etapa inicial de alta actividad puede estar seguida por una protección a largo plazo que utiliza el metal sacrificatorio menos activo electroquímicamente después del consumo o pasivado del primer metal más activo electroquímicamente .

En modalidades adicionales, un primer metal sacrificatorio puede estar unido a un segundo metal sacrificatorio menos activo electroquímicamente. El primer metal sacrificatorio, más activo electroquímicamente puede proporcionar una mayor corriente galvánica para iniciar la reacción anódica. El segundo metal sacrificatorio, menos activo electroquímicamente puede proporcionar suficiente corriente para proteger adecuadamente el acero de refuerzo durante un período de tiempo mayor. El montaje de ánodo de la presente descripción puede comprender combinaciones de metales de sacrificatorios tales como magnesio, zinc, aluminio, aleaciones de los mismos, y lo semejante.

Todavía en modalidades adicionales, el primer metal sacrificatorio puede comprender magnesio. La porción de magnesio del cuerpo de ánodos reacciona rápidamente provocando una intensidad de polarización inicial y crea un entorno alcalino alrededor del acero. Esta polarización inicial fuerza la difusión de los iones de cloruro lejos del acero. A medida que la porción de magnesio del cuerpo de ánodos se consume o se gasta de otra manera, el segundo metal sacrificatorio, por ejemplo zinc, funciona para mantener la condición pasivada del acero de refuerzo. El sistema puede alcanzar los beneficios de los sistemas de corriente de entrada sin cableado complejo, baterías o fuentes de energía externas .

De acuerdo con ciertas modalidades, el cuerpo de ánodo incluye un primer metal sacrificatorio y un segundo metal sacrificatorio, en donde tanto el primero como el segundo metales sacrificatorios son más activos electroquímicamente que el refuerzo de acero incrustado en la estructura de concreto. El primer metal sacrificatorio es más activo electroquímicamente en comparación con el segundo metal sacrificatorio. El primer metal más activo electroquímicamente o aleación de metal (por ejemplo, magnesio) se coloca entre el segundo metal menos activo electroquímicamente (por ejemplo, zinc) o la aleación de metal y el refuerzo de acero. Bajo esta construcción, la acumulación del producto de oxidación proveniente del primer metal más activo electroquímicamente (si no se absorbe o es soluble) puede intensificar adicionalmente la distribución de carga de la corrosión del segundo metal menos activo electroquímicamente al aislar adicionalmente la trayectoria de conducción directa del segundo metal hacia la trayectoria iónica del acero de una forma similar a la capa o separador aislante. De esta forma, los productos de oxidación de magnesio pueden tender a aumentar la efectividad general del separador aislante. Los productos expansivos provenientes de la oxidación de magnesio también se pueden liberar entre el acero de refuerzo y el ánodo en el adhesivo comprimible del separador aislante en lugar de generar fuerzas expansivas que podrían dar por resultado en agrietamiento del mortero de reparación circundante o la estructura de concreto.

De acuerdo con ciertas modalidades, el montaje de ánodo puede comprender un primer metal sacrificatorio, sustancialmente plano, perforado, que está enrollado en un cilindro o sección de un cilindro, y un segundo metal sacrificatorio sustancialmente plano, perforado, puede estar configurado similarmente y unido al primer metal. Un metal sacrificatorio perforado aumenta el área superficial del material del ánodo aumentando con esto la eficiencia del ánodo. En otras modalidades, el primero y/o segundo metales de sacrificatorios pueden comprender una masa sólida.

En otras modalidades ilustrativas, el montaje de ánodo puede comprender una disposición que se coloca fácilmente para reforzar el acero de diversos tamaños. Un costado del cuerpo de ánodo puede incluir un rebajo longitudinal, tal como, por ejemplo, una sección transversal en general con forma de C. Esta configuración se adapta bien a los diversos diámetros, y curvaturas, de las barras de refuerzo, y da por resultado en un montaje seguro y repetible del cuerpo de ánodo para el acero. En modalidades adicionales, el montaje de ánodo puede comprender otras secciones transversales, tales como, por ejemplo, una sección transversal con forma de U, con forma de V, rectangular o semicircular.

De acuerdo con ciertos aspectos de la presente descripción, las primera y segunda áreas superficiales del ánodo son efectivas para descargar bastante corriente para proteger la estructura y el peso del ánodo es suficiente para resistir el tiempo de vida deseado cuando se está descargando la corriente. El sistema de ánodos galvánicos de la presente descripción se autorregula con base en la actividad de corrosión incipiente del acero adyacente unido. Los productos de corrosión provenientes del primero y/o segundo metales sacrificatorios también pueden actuar como un separador de trayectoria eléctrica o iónica para optimizar la distribución de carga alrededor del ánodo.

La velocidad de corrosión depende de la temperatura, humedad, entorno iónico, y conductividad sin importar si es de la corrosión del acero de refuerzo o de un ánodo sacrificatorio. El material del ánodo sacrificatorio se puede seleccionar para que se corroa de preferencia en comparación con el acero para proporcionar una carga protectora catódica sobre el acero. A medida que las condiciones de corrosión se hacen más favorables, la velocidad de corrosión del ánodo aumenta proporcionando una protección contra la corrosión proporcionalmente aumentada al acero en esta reacción química competitiva, la reacción preferida puede evitar que se presente lo segundo mediante una carga eléctrica inducida.

En otras modalidades, el montaje de ánodo sacrificatorio puede estar unido al acero de refuerzo utilizando un separador. En modalidades adicionales, el separador puede comprender un separador polimérico. En modalidades todavía adicionales, un separador puede comprender un separador polimérico adhesivo aislante, por ejemplo y sin limitación, cinta de doble lado sensible a la presión, cuerda de masilla de butilo, masillas de silicio, adhesivo moldeable, o lo semejante. La cinta de doble lado o cualquier cinta sensible a la presión que está recubierta con adhesivo en ambos lados. El separador adhesivo aislante puede facilitar la colocación del ánodo, mientras que los conectores eléctricos alargados (por ejemplo, alambres metálicos amarrados) se aseguran al refuerzo de acero. El separador adhesivo aislante puede ser capaz de proporcionar aislamiento tanto eléctrico como iónico y también puede actuar como un separador de trayectoria eléctrica o iónica para optimizar la distribución de cargas alrededor del ánodo. En modalidades adicionales, el separador puede comprender una cinta de espuma adhesiva de doble lado. La cinta de espuma puede proporcionar absorción de los productos de corrosión, por ejemplo, formando rápidamente los productos de corrosión a partir de la corrosión de magnesio. Adicionalmente, el adhesivo puede no estar unido si el acero de refuerzo no está limpio satisfactoriamente, indicando que puede ser necesaria una limpieza adicional del acero.

La proximidad cercana del ánodo al miembro de refuerzo de acero puede aumentar la actividad galvánica (y con esto una protección de "sobre-protección") en la vecindad inmediata del ánodo sacrificatorio a costa de la actividad y protección aplicadas para porciones más distantes del refuerzo de acero. Una barrera no conductora puede evitar que una gran cantidad de corriente "se descargue" directamente en el acero de refuerzo directamente adyacente a un dispositivo para protección catódica. Esta descarga es indeseable, debido a que reduce la cantidad de la corriente que fluye hacia el acero de refuerzo, por ejemplo, fuera de un parche de reparación, donde es crucialmente necesario evitar una corrosión constante. La descarga de corriente al acero adyacente también puede dar por resultado en un mayor flujo de corriente total reduciendo innecesariamente el tiempo de vida efectivo del ánodo.

Un ánodo también se puede pasivar en servicio debido a una actividad aumenta que provoca que los productos de oxidación se depositen más rápido que, por ejemplo, los mecanismos de absorción, disolución, o quelación en el material de revestimiento puede transportarlos lejos. La separación del ánodo del acero puede reducir la intensidad de la corriente protectora y reducir la tendencia del ánodo para el pasivado.

De acuerdo con ciertas modalidades, una barrera no conductora colocada, por ejemplo, entre el ánodo y el acero de refuerzo, puede reducir el flujo de corriente pico a las áreas adyacentes del acero y facilitar áreas de corrientes mayores en ubicaciones más allá del punto de montaje del ánodo. Esto puede proporcionar un montaje de ánodo que sea más eficiente en general.

En ciertas modalidades, un separador aislante, u otra barrera no conductora, se pueden extender a alguna distancia más allá del área de contacto de acero del ánodo, por ejemplo, por unos cuantos centímetros. El ánodo puede estar colocado dentro de la proximidad protectora catódica del acero de refuerzo y puede estar separado del acero, por ejemplo, por una distancia adicional que permita que el ánodo proteja satisfactoriamente el acero al cual está unido. La eficiencia del ánodo se puede aumentar a distancias largas permitiendo así una mayor separación entre los múltiples ánodos para la protección catódica de una estructura utilizando menos ánodos.

Los aspectos de la presente descripción se pueden aplicar para reparaciones, donde se excava una sección de concreto existente para exponer el refuerzo de acero y para disposiciones que incluyen el montaje de ánodos galvánicos y un parche de reparación discreta.

En ciertas modalidades, el montaje de ánodos se incrustan en concreto y su instalación es compatible con las prácticas normales de construcción implicadas en la rehabilitación de concreto. Estos procedimientos pueden incluir la excavación de concreto dañado hacia abajo a una profundidad ligeramente por debajo del refuerzo de acero, la unión del montaje de ánodos al refuerzo de acero y rellenar nuevamente el área de concreto excavada con un mortero de incrustación o reparación adecuado.

Muchos ánodos galvánicos conocidos ocupan una cantidad de espacio no conveniente en las configuraciones para reparación de concreto. De acuerdo con ciertas modalidades ilustrativas, el sistema de ánodos sacrificatorios de la presente descripción tiene para conformar a una pieza corta de acero de refuerzo y se puede colocar inmediatamente adyacente al acero de refuerzo. Esta configuración optimiza la separación alcanzada en áreas de reparación congestionadas y permite una reparación de concreto más pequeña y menos costosa.

De acuerdo con otras modalidades ilustrativas, un método para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto comprende proporcionar un montaje de ánodos sacrificatorios de acción dual de al menos dos metales sacrificatorios de diferentes materiales, cada uno más negativo electroquímicamente que el acero. El ánodo puede estar cubierto al menos parcialmente en un material de revestimiento. Los conductores eléctricos alargados, alambre amarrado, se conectan al cuerpo del ánodo y emana desde el material de revestimiento. El montaje de ánodos de acción dual se puede insertar en un orificio formado en una estructura de concreto. Un separador de polímero adhesivo, por ejemplo y sin limitación, una cinta de doble lado sensible a la presión, se coloca entre el material de revestimiento del montaje de ánodos y la superficie del refuerzo de acero. El montaje de ánodos se asegura en el lugar al arrollar los conductores eléctricos alargados alrededor del refuerzo de acero.

El montaje de ánodos asegurada se puede rellenar con un material de baja resistividad adecuados, tales como ciertos morteros cementosos para reparación, con frecuencia denominado en la téenica como morteros para incrustación. Alternativamente, un mortero de baja resistividad se puede utilizar para encapsular el montaje de ánodos asegurada y luego se incrusta dentro de un material de reparación de alta resistividad, siempre y cuando el mortero incrustado de baja resistividad encapsule el montaje de ánodos asegurada y proporcione una trayectoria conductora iónicamente hacia el concreto original adyacente al área de reparación.

Como se muestra en la figura 1A, el sistema de protección catódica 100 también incluye un montaje de ánodos que comprende un cuerpo del ánodo 102 que incluye un metal menos sacrificatorio 106 y un metal sacrificatorio mas 104. En ciertas modalidades, el cuerpo de ánodo 102 puede comprender una capa de un metal menos sacrifictorio 106 colocado entre dos capas de un metal menos sacrificatorio 104. En modalidades adicionales, el cuerpo de ánodo 102 puede comprender una capa de un metal menos sacrificatorio 106 colocado entre dos capas de un metal más sacrificatorio 104. El cuerpo del ánodo 102 puede estar recubierto o cubierto al menos parcialmente con un material de revestimiento 108. Los conductores eléctricos alargados 116, 118 se conectan al cuerpo del ánodo 102 y emana del material de revestimiento 108. Durante la instalación, un separador adhesivo aislante 110 puede estar colocado entre el cuerpo del ánodo 102 y el acero de refuerzo 114. El separador adhesivo aislante 110 sujeta el cuerpo de ánodo 102 al el acero de refuerzo 114. El separador adhesivo aislante 110 une el montaje de ánodo 102 y mantiene el montaje de ánodo en su lugar mientras los conductores eléctricos 116, 118 se aseguran al acero de refuerzo 114 como se muestra.

Como se muestra en la figura IB, el sistema para protección catódica 100 puede incluir un montaje de ánodo gue comprende un cuerpo de ánodo 102 que incluye una capa de un metal menos sacrificatorio 106 y una capa de un metal más sacrificatorio 104. En una modalidad, el metal más sacrificatorio 104 puede estar entre el metal menos sacrificatorio 106 y el acero de refuerzo 114. El cuerpo de ánodo 102 puede estar cubierto o recubierto al menos parcialmente con un material de revestimiento 108. Los conductores eléctricos alargados 116, 118 están conectados al cuerpo de ánodo 102 y emanan del material de revestimiento 108. Durante la instalación, un separador adhesivo aislante 110 puede estar colocado entre el cuerpo de ánodo 102 y el acero de refuerzo 114. El separador adhesivo aislante 110 sujeta el cuerpo de ánodo 102 al acero de refuerzo 114..El separador adhesivo aislante 110 une el montaje de ánodo 102 y mantiene el montaje de ánodo en su lugar mientras que los conductores eléctricos 116, 118 se aseguran al acero de refuerzo 114 como se muestra.

Regresando a la figura 2, el método para protección catódica 200 comprende formar un parche de reparación 202 en una estructura de concreto reforzado con acero 204. El montaje de ánodos 102 se fijan al metal de refuerzo con, por ejemplo, un separador adhesivo 110, y se asegura al acero reforzado 114 con los conductores eléctricos alargados 116, 118.

Como se muestra en la figura 3A, un sistema para protección catódica 300 ilustrativo puede incluir un montaje de ánodo que comprende un cuerpo de ánodo 302 que incluyan un metal menos sacrificatorio 306 y un metal más sacrificatorio 304. El metal menos sacrificatorio 306 puede rodear parcialmente el metal más sacrificatorio 304. El cuerpo del ánodo 302 puede comprender una forma sustancialmente cilindrica que tiene, por ejemplo, una rebajo con forma de C, con forma de V o forma de U que se extiende esencialmente la longitud de un costado del cuerpo del ánodo. El cuerpo de ánodo 302 puede estar cubierto o recubierto al menos parcialmente con un material de revestimiento 308. Durante la instalación, el cuerpo de ánodo puede estar colocado dentro de la proximidad protectora catódica del acero de refuerzo 314 y un separador adhesivo 310 puede estar colocado entre el montaje de ánodo 302 y el acero de refuerzo 314. El separador adhesivo 310 puede sujetar el montaje de ánodo 302 al acero de refuerzo 314 y mantener el montaje de ánodo en su lugar.

Regresando ahora a la figura 3B, un sistema para protección catódica 300 ilustrativo puede incluir un montaje de ánodo que comprende un cuerpo de ánodo 302 que incluye un metal menos sacrificatorio 306 y un metal más sacrificatorio 304. El metal menos sacrificatorio 306 puede rodear parcialmente el metal más sacrificatorio 304. El cuerpo de ánodo 302 puede comprender una forma sustancialmente cilindrica que tiene, por ejemplo, un rebajo con forma de C, forma de V o forma de U que se extiende esencialmente a lo largo de un costado del cuerpo de ánodo. El cuerpo de ánodo 302 puede estar cubierto o recubierto al menos parcialmente con un material de revestimiento 308. En algunas modalidades, un metal menos sacrificatorio 306 puede estar cubierto por un material de revestimiento 308 y un metal más sacrificatorio 304 puede estar colocado en contacto con el material de revestimiento 308 y un separador adhesivo 310. En modalidades adicionales, un metal menos sacrificatorio puede estar cubierto con un material de revestimiento 308, un metal más sacrificatorio 304 puede estar colocado entre la superficie exterior del material de revestimiento 308 y un separador adhesivo aislante 310, con el separador 310 estará en contacto con el acero de refuerzo 314. Durante la instalación, el cuerpo de ánodo puede estar colocado dentro de la proximidad protectora catódica del acero de refuerzo 314 y un separador adhesivo 310 puede estar colocado entre el montaje de ánodo 302 y el acero de refuerzo 314. El separador adhesivo 310 puede sujetar el montaje de ánodo 302 al acero de refuerzo 314 y mantener el montaje de ánodo en su lugar.

La presente descripción supera las desventajas de los sistemas para protección catódica de corriente de entrada conocida, no requiere una fuente de energía, cargado extensivo ni monitoreo y supera los defectos conocidos del ánodo sacrificatorio de baja corriente y vida útil reducida. El uso de dos metales sacrificatorios proporciona una corriente mayor para la polarización inicial o acero de refuerzo y luego una corriente menor que dura menos tiempo para mantener la protección catódica. La polarización inicial del acero de refuerzo por el metal más activo tiende a eliminar los iones de cloruro y restaura la alcalinidad en la vecindad del acero de refuerzo protegido. El segundo metal sacrificatorio entonces simplemente necesita mantener estas condiciones de pasivado proporcionando con esto una protección galvánica de acción dual.

Mientras que el montaje del ánodo, el sistema para protección catódica y el método se han descrito junto con diversas modalidades ilustrativas, se debe entender que se pueden utilizar modalidades similares y se pueden realizar modificaciones y adiciones a las modalidades descritas para realizar la misma función descrita en la presente sin desviarse de la misma. Las modalidades descritas anteriormente no necesariamente son alternativas, ya que se pueden combinar diversas modalidades para proporcionar las características deseadas. Por lo tanto, el sistema para catódica y el método no deben estar limitados a ninguna modalidad individual, aunque en su lugar se interpretan en amplitud y alcance de acuerdo con la mención de las reivindicaciones anexas.

Claims (31)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES ;

1. Un cuerpo de ánodo sacrificatorio caracterizado porque comprende: Un primer metal sacrificatorio; un segundo metal sacrificatorio, el segundo metal sacrificatorio menos negativo electroquímicamente que el primer metal sacrificatorio, en donde el primer metal sacrificatorio y el segundo metal sacrificatorio son más negativos electroquímicamente que el acero; y un material de revestimiento que rodea el primero y segundo metales sacrificatorios.

2. El cuerpo de ánodo sacrificatorio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende al menos un conductor eléctrico alargado conectado eléctricamente al cuerpo de ánodo y que emana del material de revestimiento.

3. El cuerpo de ánodo sacrificatorio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo de ánodo comprende una capa del primer metal sacrificatorio colocada entre dos capas del segundo metal sacrificatorio.

4. El cuerpo de ánodo sacrificatorio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer metal sacrificatorio comprende magnesio o una aleación de magnesio.

5. El cuerpo de ánodo sacrificatorio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo metal sacrificatorio comprende zinc o una aleación de zinc.

6. El cuerpo de ánodo sacrificatorio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer metal sacrificatorio comprende magnesio o una aleación de magnesio y el segundo metal sacrificatorio comprende zinc o una aleación de zinc.

7. El cuerpo de ánodo sacrificatorio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende: Un separador adhesivo colocado en contacto con el material de revestimiento del cuerpo de ánodo.

8 . El cuerpo de ánodo sacrificatorio de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque: El primer metal sacrificatorio comprende un metal sacrificatorio plano, perforada, enrollado en un cilindro; el segundo metal sacrificatorio comprende un metal sacrificatorio plano, perforado, enrollado en un cilindro y formado alrededor del primer metal sacrificatorio; y el primer metal sacrificatorio comprende magnesio o una aleación de magnesio y el segundo metal sacrificatorio comprende zinc o una aleación de zinc.

9. Un cuerpo de ánodo sacrificatorio caracterizado porque comprende: Un primer metal sacrificatorio, el primer metal sacrificatorio más negativo electroquímicamente que el acero; un segundo metal sacrificatorio, el segundo metal sacrificatorio menos negativo electroquímicamente que el primer metal sacrificatorio; y un material de revestimiento que rodea el primero y/o el segundo metales de sacrificatorios, en donde el cuerpo de ánodo comprende una forma sustancialmente cilindrica que tiene un rebajo en forma de C que se extiende esencialmente a lo largo de un costado del cuerpo de ánodo.

10. El cuerpo de ánodo sacrificatorio de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el cuerpo de ánodo comprende una capa del primer metal sacrificatorio y una capa del segundo metal sacrificatorio.

11. El cuerpo de ánodo sacrificatorio de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el primer metal sacrificatorio comprende magnesio o una aleación de magnesio y el segundo metal sacrificatorio comprende zinc o una aleación de zinc.

12. El cuerpo de ánodo sacrificatorio de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el primer metal sacrificatorio está rodeado al menos parcialmente por el segundo metal sacrificatorio.

13. El cuerpo de ánodo sacrificatorio de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende: Un separador adhesivo aislante ubicado en contacto con el material de revestimiento del cuerpo de ánodo.

14. Un montaje para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto caracterizado porque comprende: Un cuerpo de ánodo que comprende un primero y segundo metal sacrificatorio, el primer metal sacrificatorio más negativo electroquímicamente que el acero, el segundo metal sacrificatorio menos negativo electroquímicamente que el primer metal sacrificatorio; el primer metal sacrificatorio y/o el segundo metal sacrificatorio cubiertos al menos parcialmente con un material de revestimiento; y al menos un conductor eléctrico para conectar eléctricamente el cuerpo de ánodo a un elemento de acero de refuerzo.

15. El montaje para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el primer metal sacrificatorio comprende magnesio o aleaciones del mismo y el segundo metal sacrificatorio comprende zinc o aleaciones de los mismos.

16. El montaje para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el primero y segundo metales de sacrificatorio cada uno comprende al menos una cinta perforada.

17. El montaje para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el primer metal sacrificatorio comprende una masa sólida y el segundo metal sacrificatorio comprende al menos una cinta perforada .

18. El montaje para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el material de revestimiento es un mortero poroso.

19. El montaje para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque comprende: Un separador adhesivo aislante ubicado entre y en contacto con el refuerzo de acero y el material de revestimiento del cuerpo de ánodo.

20. El montaje para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque comprende: Un separador adhesivo aislante ubicado entre y en contacto con el refuerzo de acero y el primer metal sacrificatorio del cuerpo de ánodo.

21. El montaje para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el separador adhesivo comprende un adhesivo sensible a la presión.

22. El montaje para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque incluye al menos un conductor eléctrico alargado conectado eléctricamente al cuerpo de ánodo y al refuerzo de acero.

23. El montaje para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque los conductores metálicos alargados están conectados eléctricamente al montaje de ánodo y emanan de los costados opuestos del material de revestimiento.

24. Un método para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto caracterizado porque comprende: Conectar eléctricamente un montaje de ánodo sacrificatorio al refuerzo de acero en una estructura de concreto reforzada con acero, el montaje de ánodo comprende (1) un cuerpo de ánodo que comprende al menos dos metales sacrificatorios de diferentes materiales, cada uno más negativo electroquímicamente que el acero, en donde el cuerpo de ánodo está cubierto al menos parcialmente de un material de revestimiento; y (2) al menos un conductor eléctrico para conectar eléctricamente el cuerpo de ánodo a un elemento de acero de refuerzo.

25. El método para reducir la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque comprende: Insertar el montaje de ánodo en un orificio formado en la estructura de concreto.

26. El método de reducción de la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque comprende: Colocar el cuerpo de ánodo sacrificatorio en contacto con el refuerzo de acero.

27. El método de reducción de la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque comprende: Colocar un adhesivo sensible a la presión en contacto con y entre el cuerpo de ánodo sacrificatorio y el refuerzo de acero.

28. El método de reducción de la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el ánodo es un metal sacrificatorio, en la forma de al menos dos cintas perforadas.

29. El método de reducción de la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque al menos dos metales sacrificatorios comprenden metales electroquímicamente activos o aleaciones de metal.

30. El método de reducción de la corrosión del refuerzo de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque los metales electroquímicamente activos comprenden litio, potasio, calcio, sodio, magnesio, aluminio, zinc, o cromo y combinaciones o aleaciones de los mismos.

31. El método de reducción de la corrosión del refuerzo -de acero en una estructura de concreto de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque comprende: Proporcionar un ánodo sacrificatorio de al menos dos metales sacrificatorios de diferentes materiales, uno que será magnesio, en una cantidad efectiva para provocar la migración de los iones de cloruro lejos del refuerzo de acero de la estructura de concreto.