ES2292353A1 - Procedimiento de extraccion electroquimica de cloruros de hormigon armado utilizando como anodo una pasta de cemento conductora. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de extracción electroquímica de cloruros de hormigón armado utilizando como ánodo una pasta de cemento conductora. La invención consiste en la aplicación de pastas de cemento conductoras como ánodo en la técnica de extracción electroquímica de cloruros (E. E. C.) utilizada en el sector de la construcción. El carácter conductor de las pastas de cemento se lo confiere la adición de materiales propiamente conductores como son los carbonosos en forma de polvo o fibras. La invención presenta la ventaja de que el ánodo, como una pasta, puede ser proyectado en forma de fina capa adaptándose a cualquier tipo de superficie con la posibilidad de reutilización. Este proceso se muestra más eficaz en los métodos tradicionales basados en la utilización de ánodos rígidos.
Description
Procedimiento de extracción electroquímica de
cloruros de hormigón armado utilizando como ánodo una pasta de
cemento conductora.
Construcción. Patología y Rehabilitación de
estructuras.
La E. E. C. es una técnica no destructiva de
prevención de la corrosión de las armaduras de acero, principal
patología del hormigón estructural. Comenzó a utilizarse a
principios de los años setenta como alternativa a la protección
catódica [1-3], siendo objeto de estudio con
creciente interés hasta el presente con la introducción de
sucesivas mejoras.
D. R. Lankard, J.E. Slater, W. A.
Hedden, D. E:. Niesz, Neutralisation of chloride in
concrete, Batelle Columbus Laboratories, Federal Highway
Administration (USA), Report Nº
FHWA-RD-76-60,
(1975) 1-143.
J. E. Slater, D. R. Lankard, P. J.
Moreland, Electrochemical removal of chlorides from concrete
bridge decks, Materials Performance, 15 (1976)
21-26.
G. L. Morrison, Y. P. Virmani, F.
W. Stratton and W. J. Gilliland, Chloride removal and
monomer impregnation of bridge deck concrete by
electro-osmosis, Kansas Department of
Transportation, Federal Highway Administration (USA), Report No.
FHWA-Ks-RD-74-1,
(1976) 1-38.
Entre 1986 y 1994 se llegaron a patentar
diversos procedimientos para aplicar la técnica de E. E. C.
[4-7].
Ø. Vennesland, O.A. Opsahl and A.
P. Russell-Rayner, Removal of chlorides from
concrete, European Patent Application number 86302888.2, Publication
number 0 200 428 (1986).
Ø. Vennesland, O. A. Opsahl and J.
B. Miller, Process for rehabilitating internally reinforced
concrete by removal of chlorides, European Patent Application number
90108562.1, Publication number 0 398 117 (1990).
H. Roper, Method for inhibiting concrete
cancer, World Intellectual Property Organization, International
Patent Publication number WO 93/21130 (1993).
J. E. Bennett, J. R. Blasius, T.
A. Mitchell, T. R. Turk and T. J. Schue,
Apparatus for the removal of chloride from reinforced concrete
structures, U.S. Patent number 5296120 (1994).
Básicamente consiste en aplicar una corriente
continua entre las armaduras de acero y un electrodo que se dispone
externamente sobre la superficie del hormigón. Las armaduras de
acero son el polo negativo (el cátodo) y el electrodo externo el
polo positivo (el ánodo). Como los cloruros son iones cargados
negativamente, migran por efecto del campo eléctrico establecido
desde las armaduras de acero a través de los poros del hormigón
hasta el electrodo externo cargado positivamente, extrayéndose de
este modo porcentajes notables de los mismos en un corto período de
tiempo [8, 9].
C. Andrade, M. Castellote and C.
Alonso, An overview of electrochemical realkalisation and
chloride extraction, in D.W.S. Ho, I. Godson and F. Collins Eds.,
Proceedings of 2nd Int. RILEM/CSIRO/ACRA Conference on
Rehabilitation of Structures, Melbourne, Australia (1998)
1-12.
J. Tritthart, Electrochemical chloride
removal: an overview and scientific aspects, in J. Skalny and S.
Mindess Eds., Materials Science of Concrete V, published by the
American Ceramic Society, Westerville, Ohio, USA (1998)
401-441.
Tradicionalmente la investigación de los
materiales cementicios empleados en obra civil y edificación ha
estado orientada tradicionalmente al estudio de sus propiedades
mecánicas debido a su principal y única función estructural. No
obstante, últimamente ha surgido una nueva tendencia en esta línea;
la integración de otras propiedades que le permitan tener funciones
complementarias, convirtiéndose en materiales
"multifuncionales" [10].
D. D. L. Chung, Electrically conductive
cement-based materials, Multifunctional
cement-based materials, Marcel Dekker, Inc., The
State University of New York, Buffalo, New York, U. S. A.,
2004.
Existen diversas categorías dentro de los
materiales cementicios "multifuncionales"; una de ellas son
los materiales cementicios conductores. Las propiedades eléctricas
se consiguen mediante adiciones conductoras como los materiales
carbonosos (por ejemplo, polvo de grafito o fibras de carbono).
La innovación de esta patente es la viabilidad
de aplicación de una pasta de cemento conductora como ánodo en la
técnica de E. E. C. por sus potenciales ventajas frente a otros
ánodos más usuales, como son la posibilidad de ser proyectado en
forma de fina capa, adaptarse a cualquier tipo de superficie o la
posibilidad de reutilización; en resumen, su versatilidad.
Se empleó cemento Pórtland con filler (relleno)
calizo CEM II / B-L 32,5N, arena y grava calizas de
machaqueo con tamaño máximo 20 mm y agua destilada con cloruro
sódico disuelto para introducir un 2% de cloruros respecto a masa de
cemento. Se siguieron dos dosificaciones distintas que se
diferencian fundamentalmente por la relación a/c (agua/cemento), y
en consecuencia, en la porosidad y resistencia a compresión,
denominados HM (hormigón malo) y HB (hormigón bueno) (Tabla 1).
La probeta tipo consistía en un cubo de hormigón
de 18x18x12 cm con un mallazo metálico de 16x16 cm embebido en
posición horizontal y a 6 cm de la superficie del hormigón. El
mallazo metálico estaba constituido por 6 barras de acero en cada
una de las dos direcciones perpendiculares, de 16 cm de longitud y
2 mm de diámetro, soldadas por punteo con una separación entre ejes
de 3 cm y con dos cables de cobre soldados con estaño al mismo.
Tiene una resistencia eléctrica media de 0,54. Un cubo hueco sin
fondo de PVC se embebía 0,5 cm en la superficie del hormigón a
modo de piscina para alojar la pasta de cemento conductora y el
electrolito.
El amasado del hormigón se realizó siguiendo
procedimiento normalizado en dos tongadas, entre las cuales se
situaba el mallazo metálico sobre unos apoyos del molde y se cosían
mediante vibrador eléctrico de aguja. Enrasado el molde se colocaba
la piscina con ayuda de una maza. Después se cubría con una capa de
polietileno y se introducía en cámara de humedad (HR\geq90% y T =
20ºC) durante 28 días, sacándolas únicamente a las 24 horas para el
desmoldeo y la aplicación de una resina en los electrodos y de un
mortero de impermeabilización en el hormigón para evitar futuras
pérdidas de electrolito (Figuras 1 y 2).
Se empleó cemento Pórtland con filler (relleno)
calizo CEM II / B-L 32,5N, agua destilada y adición
de polvo de grafito en un 50%, con relación a/c = 0,5. Posee una
resistencia eléctrica y porosidad medias de
4\Omega-50,4%. De estos altos valores de
conductividad y porosidad depende en gran medida el éxito de su
aplicación. Estas dosificaciones son el resultado de un estudio
realizado con anterioridad por los autores sobre resistencias
electrónicas y electrolíticas de pastas de cemento conductoras con
adición de materiales carbonosos.
Pasados los 28 días de curado del hormigón, se
practicaban cuatro agujeros en los puntos medios de las cuatro
caras de la piscina y a una altura que dependía del espesor de la
pasta, y se hacían pasar a través de ellos otros cuatro electrodos
de grafito de manera que quede un hueco en el centro de 3x3 cm. El
amasado de la pasta de cemento conductora se realizó siguiendo un
procedimiento normalizado, aplicándola superficialmente con una
espátula dentro de la piscina en dos tongadas el espesor fijado (2
o 0,7 cm) como si de un enlucido se tratara. Se volvía a
introducir la probeta en cámara de humedad durante 7 días. Pasado el
tiempo de curado de la pasta, se colocaba el agua empleada como
electrolito y se podía comenzar la E. E. C. (Figura 1)
El polo negativo de una fuente de alimentación
analógica de corriente continua se conectó al mallazo metálico
(cátodo) mediante los dos cables de cobre y el polo positivo se
conectó a la pasta de cemento conductora (ánodo) mediante los
electrodos de grafito. Entre el cátodo y el terminal negativo de la
fuente de alimentación se conecta permanentemente en serie un
culombímetro para controlar la carga pasada. Entre el ánodo y el
terminal positivo de la fuente de alimentación se conecta
diariamente en serie un multímetro que funcionará como amperímetro
para mantener constante la intensidad. Este mismo multímetro se
utilizará también como voltímetro en paralelo entre uno de los
electrodos de grafito y uno de los cables soldados de la probeta
para anotar la variación creciente de potencial. También se utilizó
un reloj para controlar el tiempo de tratamiento. El nivel del
electrolito se mantenía constante diariamente. Dentro de este
montaje se pueden introducir tantas probetas y fuentes de
alimentación en serie como se desee; en esta investigación se
llegaron a conectar tres probetas y dos fuentes de alimentación en
serie.
La E. E. C. se realizó galvanostáticamente a
intensidad de corriente constante de 2A/m^{2}, llegando a
voltajes por probeta de hasta 18V y empleando densidades de carga
de 10^{6}C/m^{2} para un primer tratamiento y de
4\cdot10^{6}C/m^{2} para un segundo (en total,
5\cdot10^{6}C/m^{2}). El tiempo de descanso transcurrido en
caso de dos tratamientos era de siete días en cámara de humedad sin
electrolito. Tanto la densidad de carga como la intensidad de
corriente empleadas se calcularon en función de la superficie de
hormigón expuesta (que coincide con la del cátodo y la del ánodo) y
es igual a
16x16 cm^{2}=0,0256 m^{2}, resultando 51,2 mA, 25600C y 102400C respectivamente. La duración de los tratamientos era de 139 y 556 horas aproximadamente.
16x16 cm^{2}=0,0256 m^{2}, resultando 51,2 mA, 25600C y 102400C respectivamente. La duración de los tratamientos era de 139 y 556 horas aproximadamente.
La toma de muestras se realizó antes de comenzar
los tratamientos de E. E. C. y después de finalizar ambos habiendo
dejado secar las probetas durante 24 horas para obtener muestras
totalmente secas. Para la extracción de las muestras se empleó un
taladro con una broca de 18 mm de diámetro [11].
M. A. CLIMENT, G. DE VERA AND E.
VIQUEIRA, "Bit shape geometric considerations when
sampling by dry drilling for obtaining chloride profiles in
concrete", Materials and Structures, 34 (2001)
150-154
Esta se realizó siempre entre la superficie del
ánodo y el cátodo de la probeta en el centro geométrico de éstas en
el caso del primer tratamiento y en el centro geométrico de uno de
los cuatro cuadrantes delimitados por los cuatro electrodos para un
segundo tratamiento. Se taladró a intervalos de profundidad de 5 mm
de espesor excepto el primero y el último, normalmente de 7 mm,
intentando que los centros de gravedad de las muestras extraídas
antes y después de la E. E. C. coincidan para que los perfiles de
distribución sean comparables. Extraídas las muestras se recubre el
agujero con una bolsa de plástico y se rellena con mortero de
reparación PCC 20 de Bettor MBT. El recubrimiento de plástico sirve
para evitar el acceso de los cloruros al mortero de reparación y
una consecuente sensible dilución.
También se realizó toma de muestras del agua
empleada como electrolito anotando el volumen final.
La determinación de cloruros totales en el caso
de análisis de muestras sólidas se realizó por valoración
potenciométrica de suspensiones de las mismas atacadas con ácido
nítrico diluido mientras que en el caso de muestras líquidas no era
necesario [11].
M. A. Climent, E. Viqueira, G. de
Vera and M.M. López-Atalaya, Analysis
of acid-soluble chloride in cement, mortar and
concrete by potentiometric titration without filtration steps,
Cement and Concrete Research, 29 (1999)
893-898.
El porcentaje de cloruros se ha expresado
referido a masa total y no a masa de cemento para hacer comparables
los resultados de los análisis de muestras de la pasta de cemento y
del hormigón, con diferente proporción de cemento. Representados
gráficamente el porcentaje de cloruros totales y la profundidad del
centro de gravedad de su volumen de perforación correspondiente, se
obtienen perfiles de distribución de cloruros. La diferencia entre
los perfiles de distribución antes y después de cada tratamiento
nos permite calcular eficiencias puntuales de los tratamientos,
expresadas como porcentajes de cloruros eliminados en cada punto
analizado.
A partir de los análisis de muestras sólidas y
líquidas se realizaron balances de masas para poder ver qué
porcentaje de cloruros permanecían en el hormigón, en la pasta de
cemento conductora, en el electrolito o se habían eliminado por
electrólisis.
El origen de la investigación fue comprobar la
eficiencia de la E. E. C. empleando una pasta de cemento conductora
como ánodo y compararla con otro tipo de ánodo más tradicional a
modo de patrón. Este ánodo fue la malla de titanio dióxido de
rutenio (TiRuO_{2}) de uso comercial, utilizado con resultados
satisfactorios en la elaboración de la Tesis Doctoral sobre E. E.
C. de Dña. M^{a} José Sánchez de Rojas Noguera en el mismo
laboratorio [13,14]. Se siguió la dosificación de pasta de cemento
conductora comentada anteriormente, con relación a/c = 0,5 y
sustitución de polvo de grafito en un 50% (PC PG 50% (Sust.)). Ésta
se aplicó en un espesor de 2 cm y se realizó un primer tratamiento
de 10^{6}C/m^{2} de densidad de carga.
M^{a} José Sánchez de Rojas Noguera,
Tesis Doctoral: Extracción electroquímica de cloruros del hormigón
armado: estudio de diferentes variables que influyen en la
eficiencia del tratamiento, Departamento de Ingeniería de la
Construcción, Obras Públicas e Infraestructura Urbana, Universidad
de Alicante, España, 2004.
M. A. Climent et al. Effect of
type of anodic arrangements on efficiency of electrochemical
chloride removal from reinforced concrete, ACI Materials Journal,
103, No.4, (2006) 243-250.
Si se comparan los resultados obtenidos (Figuras
2 y 3), se comprueba que en ambos casos efectivamente se extraen
cantidades considerables, 50,60% y 40,84%, siendo la eficiencia de
la malla de TiRuO_{2} un 10% menor que la de la pasta. En el caso
concreto de esta última, destaca el elevado porcentaje de cloruros
que se acumulan en la misma (32,08%), acumulación que lógicamente no
se produce en la malla, eliminándose los cloruros por electrolisis
en un 38,64% o permaneciendo en el electrolito en un pequeño
porcentaje del 2,2%. Esto indica que la pasta ha actuado como
filtro eliminándose por electrólisis en forma de cloro gas sólo un
18,52% siendo el contenido de cloruros presente en el electrolito
despreciable.
Por tanto, se confirmó positivamente en una
primera aproximación la posibilidad de aplicar una pasta de cemento
conductora como ánodo en la E. E. C.
Un punto importante dada la significativa
acumulación de cloruros en la pasta, fue el estudio de cómo evitar
una más que probable redistribución de los mismos nuevamente hacia
el hormigón tras el tratamiento de E. E. C. La redistribución de
cloruros en el hormigón consiste en la igualación de las
concentraciones en las distintas profundidades por difusión, debido
a un gradiente de concentración, fenómeno constatado por otros
investigadores. Así se produce un efecto de regresión hacia la
situación inicial.
Para evitar tal efecto negativo existían dos
opciones:
- -
- Eliminar la pasta una vez terminada la E. E. C. Esto se facilita dada la alta porosidad de la misma. Esta opción no es deseable pues supone renunciar a priori a la posibilidad de reutilizar la misma pasta en futuras y necesarias actuaciones de aplicación de la EEC. O bien
Modificar algunos de los parámetros del
experimento o de la pasta para intentar evitar que los cloruros se
acumulen en ella, como la densidad de carga pasada o su espesor.
Ambas variables se desarrollaron a continuación. Por una parte se
redujo el espesor de la pasta hasta 7 mm y por otra se aumentó la
carga pasada hasta un total de 5\cdot10^{6}C/m^{2}.
Comparando los resultados obtenidos con la misma
pasta de 2 cm y 7 mm de espesor e idéntica densidad de carga
5\cdot10^{6}C/m^{2} (Figuras 6 y 7), se constata un aumento
de la eficiencia pasa del 50,62% al 64,61% y lo que es más
importante, la acumulación de cloruros disminuye drásticamente del
60,93% al 5,42%, permitiendo que se eliminen un 33,13% y que un
26,06% permanezcan en el electrolito. Esto pudo ser debido a que
disminuyendo el espesor de la pasta se redujo su capacidad de
acumulación de cloruros a la vez que les resultó más fácil a los
cloruros poder traspasarla correspondiendo ese porcentaje residual
del 5% a cloruros en pleno movimiento.
Hasta este momento la aplicación de la técnica
con este nuevo tipo de ánodo se había llevado a cabo empleando un
hormigón de alta relación a/c para simular un hormigón antiguo y
poroso. Se quiso volver a realizar la experiencia pero sobre un
hormigón de mejor calidad, de baja relación a/c simulando un
hormigón de reciente puesta en obra y compacto.
Un primer tratamiento de 10^{6}C/m^{2}
empleando la PC PG 50% (Sust.) e = 7 mm se manifestó claramente
insuficiente pues la eficiencia fue muy baja. Comparando los
resultados obtenidos entre las dos dosificaciones de hormigón para
un segundo tratamiento de 5\cdot10^{6}C/m^{2} (Figuras 8 y
9), aumenta claramente la eficiencia en el caso del hormigón
compacto respecto a un primer tratamiento pero no llega al nivel
del caso del hormigón poroso. La eficiencia disminuye casi un 25%
(pasa del 64,61% al 40,89%). Pero hay que señalar que, si bien una
mayor calidad del hormigón dificulta la E. E. C., también dificulta
la contaminación por cloruros. Destacar que aun así se corrobora la
conclusión de la experiencia anterior, pues se mantiene la baja
acumulación de cloruros en la pasta con porcentajes semejantes.
Figura 1: Esquema de la aplicación de la técnica
de extracción electroquímica de cloruros (EEC) utilizando como
ánodo una pasta de cemento conductora (1) piscina, (2) pasta de
cemento conductora, (3) mallazo metálico, (4) hormigón.
Fig. 2 y 3: Contenido de cloruros (\bullet:
Hormigón poroso inicial, \sqbullet: Pasta de cemento conductora,
relación a/c = 0,5, sustitución de polvo de grafito en un 50%, 2 cm
de espesor; X: Malla TiRuO_{2}. Carga pasada para ambos tipos de
ánodo: 1\cdot10^{6}C/m^{2}).
Figuras 4 y 5: Contenido de cloruros (\bullet:
Inicial HP, \sqbullet: HP PC PG 50% (Sust.) e=2 cm
5\cdot10^{6}C/m^{2}, x: HM PC PG 50% (Sust.) e=7 mm
5\cdot10^{6}C/m^{2}).
Figuras 6 y 7: Contenido de cloruros (\bullet:
Inicial HC, \sqbullet: HC PC PG 50% (Sust.) e=7 mm
5\cdot10^{6}C/m^{2}, x: HB PC PG 50% (Sust.) e=7 mm Riego por
goteo 5\cdot10^{6}C/m^{2}).
Claims (5)
1. Procedimiento para la extracción
electroquímica de cloruros de hormigón armado utilizando como
cátodo la propia armadura del hormigón y un ánodo externo
caracterizado porque dicho ánodo comprende: pasta de cemento
y otros materiales que lo hacen conductor, aplicando una capa de la
pasta húmeda de cemento resultante sobre una de las caras externas
del hormigón armado.
2. Procedimiento para la extracción
electroquímica de cloruros de hormigón armado de acuerdo con la
reivindicación 1 caracterizado porque la pasta de cemento
conductor que actúa como ánodo está compuesta, al menos por:
- a)
- cemento
- b)
- agua
- c)
- material carbonoso conductor.
3. Procedimiento. para la extracción
electroquímica de cloruros de hormigón armado de acuerdo con la
reivindicación 2 caracterizado porque el material carbonoso
conductor se selecciona, aunque sin ser limitativo, entre:
- a)
- polvo de grafito
- b)
- fibra de carbono
- c)
- cualquier otro material carbonoso conductor
- d)
- mezcla de todos los anteriores en diferentes proporciones.
4. Procedimiento para la extracción
electroquímica de cloruros de hormigón armado de acuerdo con las
reivindicaciones 1 y 3 caracterizado porque entre el ánodo y
el cátodo se aplica una intensidad de corriente adecuada y durante
un tiempo variable.
5. Procedimiento para la extracción
electroquímica de cloruros de hormigón armado de acuerdo con la
reivindicaciones 1-4 caracterizado porque la
intensidad aplicada entre ánodo y cátodo es constante y se aplica
en una o diferentes etapas sucesivas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200601977A ES2292353B2 (es) | 2006-07-24 | 2006-07-24 | Procedimiento de extraccion electroquimica de cloruros de hormigon armado utilizando como anodo una pasta de cemento conductora. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| ES200601977A ES2292353B2 (es) | 2006-07-24 | 2006-07-24 | Procedimiento de extraccion electroquimica de cloruros de hormigon armado utilizando como anodo una pasta de cemento conductora. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2292353A1 true ES2292353A1 (es) | 2008-03-01 |
| ES2292353B2 ES2292353B2 (es) | 2008-11-01 |
Family
ID=39081650
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200601977A Active ES2292353B2 (es) | 2006-07-24 | 2006-07-24 | Procedimiento de extraccion electroquimica de cloruros de hormigon armado utilizando como anodo una pasta de cemento conductora. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2292353B2 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102021112910A1 (de) | 2021-05-18 | 2022-11-24 | Armin Faulhaber | Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung und Vermeidung von Korrosion einer Bewehrung aus Metall |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993021130A1 (en) * | 1992-04-21 | 1993-10-28 | The Minister For Public Works For And On Behalf Of The State Of New South Wales | Method for inhibiting concrete cancer |
-
2006
- 2006-07-24 ES ES200601977A patent/ES2292353B2/es active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993021130A1 (en) * | 1992-04-21 | 1993-10-28 | The Minister For Public Works For And On Behalf Of The State Of New South Wales | Method for inhibiting concrete cancer |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102021112910A1 (de) | 2021-05-18 | 2022-11-24 | Armin Faulhaber | Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung und Vermeidung von Korrosion einer Bewehrung aus Metall |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2292353B2 (es) | 2008-11-01 |
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| EC2A | Search report published |
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