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6.4. ensayo de la resistencia a la polarizacion lineal. PDF

109 Pages·2013·5.93 MB·Spanish
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Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil en Obras Civiles “EFECTOS DE LA SÍLICE AMORFA EN LA CORROSIÓN DEL ACERO DE REFUERZO EN EL CONCRETO” Tesis para optar al Título de: Ingeniero Civil en Obras Civiles Profesor Patrocinante: Sr. Héctor Pesenti P. Dr. de Investigación en Ingeniería de Materiales. Profesor Co-patrocinante: Sr. Carlos Cabezas C. Magister en Ciencias PATRICIO ANDRÉS DINAMARCA CÁRCAMO VALDIVIA – CHILE 2013 Agradezco a las secuencias musicales que incentivaron la afinidad de los patrones matemáticos y lógicos con las actividades emocionales inherentes a la vida. ii INDICE FIGURAS ............................................................................................................................................... VII TABLAS ................................................................................................................................................. VIII RESUMEN ...............................................................................................................................................IX ABSTRACT ............................................................................................................................................... X CAPITULO I INTRODUCCION ....................................................................................... 1 1.1. GENERALIDADES ........................................................................................................................ 1 1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................... 3 1.3. REVISION ESTADO DEL ARTE ............................................................................................... 4 1.4. OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 7 1.4.1. OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................... 7 1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................. 7 1.5. HIPOTESIS ....................................................................................................................................... 7 1.6. METODOLOGIA ........................................................................................................................... 7 CAPITULO II. ASPECTOS GENERALES DE LA CORROSION ................................... 8 2.1. DEFINICION DE CORROSION ................................................................................................ 8 2.2. CLASIFICACION DE LA CORROSION ................................................................................... 8 2.2.1. CORROSIÓN QUÍMICA ....................................................................................................... 8 2.2.2. CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA .................................................................................. 9 2.3. ASPECTOS TERMODINAMICOS DE LA CORROSION ELECTROQUIMICA. .......... 9 2.3.1. POTENCIAL ELÉCTRICO ................................................................................................. 10 2.3.2. ECUACIÓN DE NERNST .................................................................................................. 11 2.3.3. DIAGRAMA DE POURBAIX ............................................................................................ 12 2.4. ASPECTOS CINETICOS DE LA CORROSION ELECTROQUIMICA. ......................... 14 iii 2.4.1. DENSIDAD DE CORRIENTE DE CORROSIÓN ....................................................... 14 2.4.2. MEDICIÓN DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA EN UNA INTERFASE Y LA ECUACIÓN DE BUTLER Y VOLMER ..................................................................................... 15 2.5. GENERALIDADES DE LA SILICE ......................................................................................... 16 CAPITULO III. EL FENOMENO DE LA CORROSION EN EL HORMIGON ARMADO ............................................................................................................................ 18 3.1 INTRODUCCION.......................................................................................................................... 18 3.2. ACERO-HORMIGÓN ................................................................................................................. 18 3.3. TIPOS DE CORROSION EN EL ACERO EMBEBIDO EN CONCRETO .................... 21 3.4. FACTORES DE CORROSION EN EL HORMIGON ARMADO ..................................... 22 3.4.1. CORROSIÓN POR CARBONATACIÓN ........................................................................ 23 3.4.2. CORROSIÓN INDUCIDA POR CLORUROS ............................................................... 24 CAPITULO IV. TECNICAS ELECTROQUIMICAS ....................................................... 27 4.1. POTENCIAL DE MEDIA CELDA ........................................................................................... 27 4.1.1. ELECTRODO DE REFERENCIA .................................................................................... 28 4.1.2. REALIZACIÓN DE LA MEDIDA E INTERPRETACIÓN ....................................... 29 4.1.3. LIMITACIONES Y CUIDADOS EN EL ENSAYO ..................................................... 30 4.2 ENSAYO POLARIZACION LINEAL ....................................................................................... 31 4.2.1. GENERALIDADES .............................................................................................................. 31 4.2.2. MEDIDA DE LA RESISTENCIA A LA POLARIZACIÓN SEGÚN LA NORMA ASTM G59 .......................................................................................................................................... 32 4.2.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS .......................................................................................... 33 CAPITULO V PARTE EXPERIMENTAL ....................................................................... 34 5.1. MATERIALES E INSTRUMENTOS ........................................................................................ 34 5.1.1. MEZCLA DE CONCRETO ................................................................................................ 34 iv 5.1.2. ADITIVO SILICE AMORFA .............................................................................................. 35 5.1.3. MATERIALES MEDIO CORROSIVO ............................................................................. 36 5.1.4. MATERIALES PROBETAS ................................................................................................. 36 5.1.5. MEDICION DE POTENCIALES DE MEDIA CELDA .............................................. 37 5.1.6. RESISTENCIA A LA POLARIZACION LINEAL ........................................................ 38 5.2. METODO EXPERIMENTAL .................................................................................................... 40 5.2.1. DOSIFICACION SILICE AMORFA ................................................................................. 40 5.2.2. DISEÑO DE PROBETAS .................................................................................................... 41 5.2.3 MEDIO CORRROSIVO ........................................................................................................ 43 5.2.4. ENSAYOS ................................................................................................................................ 44 5.2.5. MEDICION DE POTENCIALES DE MEDIA CELDA .............................................. 46 5.2.6. ENSAYO DE LA RESISTENCIA A LA POLARIZACION LINEAL ...................... 46 CAPITULO VI RESULTADOS Y DISCUSION ............................................................... 49 6.1. GENERALIDADES ...................................................................................................................... 49 6.2. CONDICIONES AMBIENTALES DE LA EXPERIMENTACION ................................. 49 6.3. ENSAYO DE LA MEDICION DEL POTENCIAL DE MEDIA CELDA ........................ 51 6.3.1. PRIMER GRUPO DE PROBETAS ................................................................................... 51 6.3.2. SEGUNDO GRUPO DE PROBETAS .............................................................................. 53 6.4. ENSAYO DE LA RESISTENCIA A LA POLARIZACION LINEAL. ............................... 55 6.4.1. ANALISIS ENSAYO RESISTENCIA A LA POLARIZACION LINEAL PARA EL PRIMER GRUPO DE PROBETAS .............................................................................................. 57 6.4.2. ANALISIS ENSAYO RESISTENCIA A LA POLARIZACION LINEAL PARA EL SEGUNDO GRUPO DE PROBETAS ........................................................................................ 59 6.4.3. ANALISIS ENSAYO RESISTENCIA A LA POLARIZACION LINEAL PARA AMBOS GRUPOS DE PROBETAS. ............................................................................................ 61 v 6.5. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO Y MICROANÁLISIS. ........................ 64 CAPITULO VII CONCLUSIONES ................................................................................. 68 ANEXOS ............................................................................................................................. 70 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 92 vi FIGURAS Figura 1. Diagrama de Pourbaix hierro-agua y condiciones reales del acero embebido en hormigón. ..................................................................................................................................................... 12 Figura 2. Configuración completa para realizar polarización sobre el electrodo de trabajo. ........... 15 Figura 3. Diagrama de fase de la Sílice ..................................................................................................... 17 Figura 4. Modelo simplificado para la corrosión de armaduras en el hormigón. .............................. 20 Figura 5. Tipos de corrosión en el hormigón armado. .......................................................................... 21 Figura 6. Tiempo de vida útil de una estructura. .................................................................................... 23 Figura 7. Esquema del proceso electroquímico de la corrosión por cloruros. .................................. 25 Figura 8. Ilustración esquemática de la medición del potencial de media celda. ............................... 29 Figura 9. Medición de corrosión por polarización lineal ....................................................................... 31 Figura 10. Hormigonado en obra. ............................................................................................................ 34 Figura 11. Cloruro de sodio y agua destilada. ......................................................................................... 36 Figura 12. Sulfato de cobre usado en el electrodo de referencia y proceso de saturado del sulfato de cobre. ....................................................................................................................................................... 37 Figura 13. Electrodo de referencia de cobre con sulfato de cobre y voltímetro de alta impedancia. ....................................................................................................................................................................... 38 Figura 14. Potenciostato/galvanostato TEQ-4. ..................................................................................... 39 Figura 15. Set up experimental para la técnica RLP. ............................................................................. 39 Figura 16. Sílice amorfa usada en la preparación de las probetas ........................................................ 40 Figura 17. Muestras de acero y moldaje de las probetas de hormigón ................................................ 41 Figura 18. Probetas lista para ensayar. ..................................................................................................... 43 Figura 19. Pesa experimental y recipientes para las probetas. .............................................................. 43 Figura 20. Cronograma del procedimiento experimental. .................................................................... 45 Figura 21. Grafico típico RLP. .................................................................................................................. 47 Figura 22. Parámetros polarografía en el Software TEQSoft_4. ......................................................... 48 Figura 23. Condición de presión atmosférica en el ambiente de experimentación. .......................... 50 Figura 24. Condición de temperatura en el ambiente de experimentación. ....................................... 50 Figura 25. Ensayo potencial de media celda (Primer grupo de probetas). ......................................... 51 Figura 26. Ensayo potencial de media celda (Segundo grupo de probetas). ...................................... 53 vii Figura 27. Ensayo RLP primer grupo de probetas. ............................................................................... 58 Figura 28. Ensayo RLP segundo grupo de probetas. ............................................................................ 60 Figura 29. Ensayo RLP para ambos grupos de probetas. ..................................................................... 61 Figura 30. Acero correspondiente a la probeta P2.15%. Círculo azul: zona de corrosión por picadura ........................................................................................................................................................ 64 Figura 31. Imagen SEM de la superficie de Acero correspondiente a la probeta P2.15%. .............. 65 Figura 32. Acercamiento de la superficie afectada por la corrosión de la probeta P2.15% ............. 65 TABLAS Tabla 1. Potenciales estándar ordenadas de mayor a menor. ............................................................... 10 Tabla 2. Componentes del cemento Portland. ....................................................................................... 19 Tabla 3. Potenciales de diversos electrodos de referencia. ................................................................... 28 Tabla 4. Criterio ASTM de interpretación del potencial de media pila. .............................................. 29 Tabla 5. Descripción CAB-O-SIL M-5 ................................................................................................... 35 Tabla 6. Dosificación de Sílice amorfa ..................................................................................................... 40 Tabla 7. Enumeración de probetas y su porcentaje de sílice amorfo .................................................. 42 Tabla 8. Grupo Nº1 de probetas. ............................................................................................................. 44 Tabla 9. Grupo Nº2 de probetas. ............................................................................................................. 44 Tabla 10. Análisis RLP. Cálculo de promedios. ..................................................................................... 57 Tabla 11. Análisis RLP. Cálculo de promedios. ..................................................................................... 59 Tabla 12. Microanálisis Nº1, Nº2 y Nº3 P2.15%. .................................................................................. 66 viii RESUMEN El problema de la corrosión en el acero de refuerzo en el concreto, deja pérdidas que cuestan billones de dólares cada año, es por esto que se han desarrollado diferentes métodos de prevención a la corrosión, entre los que destaca (gracias a su simplicidad y relativo bajo costo) el uso de minerales en la mezcla del concreto. Es por esto, que en diferentes investigaciones, las cenizas volantes, piedra pómez, humo de silicio entre otros, han sido incorporados a la mezcla de hormigón con el fin de estudiar el comportamiento del proceso corrosivo del acero. Estos materiales de desecho industrial o agroindustrial contienen alto contenido de dióxido de silicio (𝑆𝑖𝑂 ). Sin 2 embargo, de acuerdo a los antecedentes obtenidos en literatura, existe una cierta correlación, no estudiada, del grado de amorfización de la sílice y su influencia en prevenir el proceso de corrosión del acero de refuerzo. En este trabajo se estudió los efectos de la sílice amorfa (SA) en la corrosión del acero de refuerzo en el concreto, en cuya mezcla se adicionaron diferentes porcentajes de SA: 0%, 5%, 10% y 15% en peso. Con el fin de caracterizar el comportamiento electroquímico, las probetas fueron sumergidas en un medio acuoso con 5% en peso de cloruro de sodio, para ser monitoreadas a través de los ensayos de la medición del Potencial de Media Celda (PMC) y Resistencia a la Polarización Lineal (RPL). Finalmente para estudiar el daño en las probetas de acero, se realizó Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y microanálisis. La investigación arrojó resultados que establecen que una adición de SA de un 5% y un 10%, disminuyen las velocidades y probabilidades de corrosión con respecto a la muestra de control. Mientras que la adición de un 15% exhibe valores en los ensayos RLP y PMC que muestran que este porcentaje representa una desventaja en la prevención de los procesos corrosivos. ix

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FACTORES DE CORROSION EN EL HORMIGON ARMADO . Figura 5. Tipos de corrosión en el hormigón armado. and microanalysis.
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