Protocolo experimental para determinar el valor de umbral de cloruro para la corrosión en las muestras tomadas de estructuras de hormigón armado

El objetivo general de este método es medir el valor umbral de cloruro, que es un parámetro esencial que caracteriza la capacidad del hormigón armado para resistir la corrosión. Este parámetro es necesario en todos los modelos actuales para predecir la corrosión inducida por cloruro en el hormigón. Si bien es bien sabido que los valores umbral de cloruro dependen en gran medida de factores como los materiales utilizados, es una práctica común basarse en valores generales estipulados en normas o libros de texto.

La principal ventaja de nuestro método es que permite realizar ensayos de estructuras de ingeniería civil. Esto es similar a los métodos bien establecidos para probar propiedades mecánicas como la resistencia del concreto. Al analizar muestras de estructuras, aseguramos condiciones reales que influyen en gran medida en los valores umbral de cloruro.

A modo de ejemplo, la interfaz de acero y hormigón, que no puede imitarse de forma representativa en las muestras producidas en laboratorio. Comience seleccionando áreas de prueba en la estructura de concreto como se describe en el protocolo de texto. Ubique las barras de acero de refuerzo en el concreto por medio de un dispositivo de escaneo manual no destructivo comúnmente conocido como detector de acero de refuerzo.

Mueva el detector de acero en direcciones horizontales y verticales sobre la superficie de concreto dentro del área de prueba. Con tiza, marque temporalmente cada barra de acero de refuerzo en forma de cuadrícula en la superficie de hormigón. Seleccione las ubicaciones para la perforación de núcleos con un diámetro de al menos 150 milímetros.

Márcalos y etiquétalos sobre una superficie de hormigón. Perfore los núcleos de concreto que contienen el segmento de acero de refuerzo de acuerdo con los procedimientos y estándares comunes. Después de perforar, retire el núcleo de hormigón de la estructura, por ejemplo, con un cincel.

Finalmente, envuelva el núcleo en una lámina de difusión para preservar las condiciones de humedad durante el transporte al laboratorio. Reduzca la cubierta de concreto en la parte delantera, que es el lado originalmente expuesto por corte de diamante enfriado por agua. Apunte a un espesor final de cobertura de concreto de la muestra en el rango de 15 a 20 milímetros.

A continuación, establezca una conexión de cable y proteja los extremos de la barra de acero de refuerzo contra el inicio de una falsa corrosión durante la prueba de exposición. Para ello, primero utilice una broca de extracción de núcleos con un diámetro interior ligeramente mayor que el diámetro de la barra de acero de refuerzo para eliminar el hormigón alrededor del acero en cada extremo de la barra en una longitud máxima de 10 milímetros. Rasque los restos de la pasta de cemento adherida a la superficie de acero con la ayuda de herramientas adecuadas.

Luego, taladre un pequeño orificio en uno de los extremos de las barras de acero y use un tornillo autorroscante metálico para fijar un terminal de cable a la barra de acero. Rellene el espacio creado alrededor de ambos extremos de la barra de acero con una pasta de cemento densa, mortero o lechada, vertiendo cuidadosamente la lechada en los agujeros. Cubra también el terminal del extremo del tornillo de la conexión del cable.

El procedimiento que acabamos de describir es crucial para evitar el inicio de una falsa corrosión. Lo que significa que la corrosión en los extremos de la barra de acero. Para limitar el área de superficie expuesta, cubra la superficie lateral del núcleo con una resina epoxi, también cubra los extremos de la barra de acero de refuerzo y la conexión del cable.

Con la misma resina epoxi, cubra las partes finales de la superficie de concreto expuesta en el lado del núcleo, que anteriormente estaba más cerca de la superficie de concreto estructural. Deje una longitud expuesta sin recubrimiento de 60 a 80 mililitros a lo largo de la barra de acero de este lado. Coloque todas las muestras en el tanque con el lado de la muestra exhibiendo de 15 a 20 mililitros de espesor cubierto de concreto, hacia abajo.

Monte las muestras en espacios pequeños para permitir la exposición de la solución a las muestras desde su parte inferior. A continuación, coloque el electrodo de referencia en la solución de exposición. Conecte todas las muestras a un registrador de datos automatizado, que puede medir individualmente los potenciales de las barras de acero de refuerzo en comparación con el electrodo de referencia común.

Llene el tanque con agua del grifo hasta un nivel en el que todos los lados inferiores de las muestras del núcleo estén en contacto con la solución, pero no estén totalmente sumergidos. Mantenga el contacto entre el electrodo de referencia y la solución de exposición, inicie inmediatamente el registro de datos midiendo los potenciales de todas las muestras en comparación con el electrodo de referencia. Después de una o dos semanas en una solución sin cloruro, reemplace la solución de exposición con la solución preparada de cloruro de sodio 3.5 en peso.

Continuar monitoreando los potenciales de las muestras y verificar regularmente el estado de corrosión de cada muestra evaluando la evolución registrada de los potenciales a lo largo del tiempo de cada muestra y considerando el criterio para el inicio de la corrosión. Después de 60 días, aumente la concentración de cloruro de sodio en la solución al 7% en peso. Después de 120 días, aumente la concentración de cloruro de sodio en la solución al 10% en peso.

Después de esto, mantenga la concentración de cloruro en este nivel. Siempre que evalúe los potenciales de acero registrados durante la exposición, utilice estos dos criterios para el inicio de la corrosión, para verificar el estado de corrosión de cada muestra. El primer criterio es una disminución de potencial de más de 150 milivoltios desde el nivel pasivo dentro de un período de tiempo de cinco días o menos.

El segundo criterio, es que durante los 10 días siguientes, el potencial que se mantiene estable en el nivel negativo alcanzado disminuye aún más, o se recupera en un máximo de 50 milivoltios. Una vez satisfecho este criterio para el inicio de la corrosión, retire inmediatamente la muestra de la solución de exposición. Documente el tiempo hasta el inicio de la corrosión de la muestra.

Para comenzar el análisis de la muestra, primero, divida la muestra para quitar la barra de acero. Corte el núcleo de concreto desde su parte trasera, con una cuchilla de corte de diamante enfriada por agua. Asegúrese de que la sección esté perpendicular a la superficie trasera y alineada paralelamente a la barra de acero de refuerzo.

Para evitar dañar la barra de acero, asegúrese de que la profundidad de corte no alcance el acero. Mantenga aproximadamente 10 milímetros para un margen de seguridad. Inserte un cincel o una herramienta similar y divida el núcleo de concreto en dos mitades para dividir el concreto alrededor de la barra de acero.

Retire suavemente la barra de acero de refuerzo del hormigón, esto deja las dos mitades de la muestra de hormigón con las huellas de la barra de acero. Documente inmediatamente el aspecto visual de la interfaz de acero y hormigón examinando tanto la superficie de acero como las huellas de la barra de acero en el hormigón. Para realizar el análisis de cloruro y determinar el contenido crítico de cloruro, retire las partes que fueron recubiertas con epoxi por medio de un corte de diamante enfriado por agua en ambas mitades del núcleo de concreto.

De los prismas obtenidos, retire el hormigón y la zona de cubierta, utilizando un recubrimiento de diamante refrigerado por agua hasta dos milímetros hasta la barra de acero. Posteriormente, muela el hormigón y recoge el polvo de molienda. El grosor de este paso de molienda es de cuatro milímetros.

Secar las muestras de polvo de hormigón obtenidas a 105 grados centígrados hasta un peso constante. A continuación, calcule el promedio de los dos valores. Documente el resultado del análisis de cloruro, que es el contenido crítico de cloruro para la muestra específica.

Asegúrese de indicar si el valor se expresa en términos de porcentaje en peso de hormigón o en peso de cemento. Esta figura muestra un ejemplo de potenciales de acero monitoreados durante la exposición al cloruro en el laboratorio. El potencial puede disminuir significativamente, en muy poco tiempo, pero el proceso de corrosión puede no propagarse de manera inestable, lo que se hace evidente debido al aumento del potencial hacia su nivel pasivo inicial.

Alrededor de los 60 días de exposición, el potencial finalmente cae en más de 150 milivoltios y permanece en el nivel negativo durante 10 días. Por lo tanto, se cumple el criterio para dividir la muestra. Esta figura muestra un ejemplo de la mancha de corrosión visualmente visible en la barra de acero después de dividir la muestra.

Los resultados representativos del contenido crítico de cloruro se obtuvieron de un túnel de más de 40 años de antigüedad en los Alpes suizos. El gráfico muestra los resultados de 11 núcleos de hormigón, lo que arroja la distribución estadística del contenido crítico de cloruro para el miembro estructural investigado. En contraste con las experiencias empíricas de las estructuras, que aspiraban a una definición obtenida después de la iniciación de la corrosión.

Este método puede medir los valores umbral de cloruro para miembros estructurales o estructuras específicas antes de que ocurra la degradación por corrosión. En comparación con una práctica común de usar valores de umbral de cloruro tabulados constantes, la aplicación de nuestro método en la práctica de ingeniería mejorará la precisión de las evaluaciones de condición y el poder predictivo de los modelos para analizar el servicio restante de las estructuras.