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SENSORES PERMANENTES ENSENSORES PERMANENTES ENESTRUCTURAS DE HORMIGESTRUCTURAS DE HORMIGÓÓNN
ARMADO PARA EVALUARARMADO PARA EVALUARPARPARÁÁMETROS DE CORROSIMETROS DE CORROSIÓÓNN
Gustavo S. Duffó
Comisión Nacional de Energía AtómicaDepto. Materiales – Div. Corrosión (CNEA)
Comisión Nacional de InvestigacionesCientíficas y Técnicas (CONICET)
Corrosión en Estructuras de Hormigón ArmadoLEMIT – 4 de julio de 2008
• Las estructuras civiles tales como puentes, represashidroeléctricas y edificios requieren enormes esfuerzosde construcción, grandes inversiones y una vida útilconsiderable.
• Tales estructuras son vitales para los estándar de vidade la población y su rotura prematura y/o inesperadasuele ser catastróficas en términos de tiempo y dineroy, en algunos casos, generando pérdidas de vidas.
• Todo esto lleva a la necesidad del monitoreo delproceso de degradación para conocer la situación de laestructura y tomar decisiones respecto a la necesidadde aplicar estrategias de remediación, en caso deser necesarias.
Deterioro del hormigón armado
DeterioroFísico
DeterioroQuímico
Corrosión de lasarmaduras
• Fisuración• Congelamiento• Fuego• etc.
• Ataque por sulfato• Ataque ácido• Agua de mar• Reacción álcali – agregado• Lixiviación• etc.
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19/sept/1999
PARÁMETROS A CONOCER
EcorrJO2
Icorr
[Cl-]
TρH
> -0,200< 5 %
-0,200 a -0,350aprox. 50%
< -0,350> 95 %
Ecorr(VCu/CuSO4)
Probabilidadde corrosión
POTENCIAL DE CORROSIONNorma ASTM C-876
ASTM C 876, “Standard test method for half-cell potential for uncoated reinforcing steel in concrete”,American Society of Testing and Materials, Philadelphia (1987).
DENSIDAD DE CORRIENTEDE CORROSION
> 11,6Alta> 1
5,8 a 11,6Moderada0,5 a 1
1,2 a 5,8Baja0,1 a 0,5
< 1,2Despreciable< 0,1
Vcorr(µm/año)
CorrosiónIcorr(µA/cm2)
M.C. Andrade y M.C. Alonso, Construction and Building Materials, 15, 141 (2001).
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RESISTIVIDAD ELÉCTRICA
La resisitividad no es un parámetro que controle la velocidad de corrosión
< 10
Moderada a alta velocidad de corrosión si el acero está activo en hormigones carbonatados y/o contaminados con cloruro.
10 a 50
Bajas velocidades de corrosión 50 a 100
Hormigón muy seco. Las velocidades de corrosión serán muy bajas independientemente del contenido de cloruros y del nivel de carbonatación.
> 100
Fenómeno probableResistividad (kΩ.cm)
M.C. Andrade y M.C. Alonso, Construction and Building Materials, 15, 141 (2001).
CONCENTRACIÓN DE CLORURO
FLUJO DE OXÍGENO
TEMPERATURA
No está estandarizada su medición, pero esdeseable que disminuya con el tiempo paraque disminuya la velocidad de corrosión.
Es un parámetro importante porque de elladependen todos los fenómenos de transportey cinéticos (difusión de especies, velocidad delas reacciones electroquímicas, etc.).
• Mediciones desde “afuera” de la estructura
• Mediciones desde “adentro” de la estructura
⇒ SENSORES
FORMAS DE MEDIR PARÁMETROSRELACIONADOS CON LA
CORROSIÓNDE LAS ARMADURAS
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Gecor – 6Gecor – 8
• Potencial de corrosión• Velocidad de corrosión• Resisitividad eléctrica del hormigón• Temperatura ambiente• Humedad relativa ambiente
Datos que provee el Gecor 6/8
GERMANN INSTRUMENTSIn-Situ Test Systems for Concrete and Reinforced Concrete Structures
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CuerdavibranteTermocupla
Electrodo dereferencia
ResistividadFlujo deoxígeno
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• Potencial de corrosión• Resistencia de polarización• Resistividad eléctrica• Nivel de cloruros• Temperatura
R. Kelly et al.Materials Science and Engineering
University of Virginia
I < 15 µA (15 s)I < 1,5 µA (24 hs)SIN CORROSIÓN
I > 15 µA (15 s)I >> 1,5 µA (24 hs)CORROSION
M. Raupach and P. SchießlNDT&E International, 34 (2001) 435-442
Macrocell Sensor System
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I < 15 µA (15 s)I < 1,5 µA (24 hs)SIN CORROSIÓN
I > 15 µA (15 s)I >> 1,5 µA (24 hs)CORROSION
Macrocell Sensor System
Análisis de los resultados
Anode-Ladder System
Anode-Ladder System
Expansion-Ring Anode
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Expansion-Ring Anode
Modo de instalación
Barra de acerode construcción
Electrodos dematerial inerte
Termómetro
Electrodoespecífico
de Cl-
Electrodo deReferencia
Resina epoxy
Ecorr (A y B)Icorr (A, B, C y D)RΩ (C y D)Joxígeno (B, C y D)[Cl-] (B y E)Temperatura (F)
ELECTRODOS NECESARIOSEN UN SENSOR
C D
A BE
F
ELECTRODOS DE REFERENCIAPARA EMBEBER EN UNA
ESTRUCTURA DE HORMIGON ARMADO
CONDICIONES
• estable• invariante a cambios térmicos y químicos• tolerante a cambios climáticos• capaz de dejar circular bajas corrientes con una mínimapolarización y efectos de histéresis
• tener buena performance a largos períodos• ser fabricado por un método no contaminante• económico
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ELECTRODOS DE REFERENCIAEMBEBIBLES
• Grafito• Plata/Cloruro de Plata• Dióxido de Manganeso• Titanio/Oxido de Titanio Activado• Plomo
ELECTRODO DE REFERENCIA
7 8 9 10 11 12 13 14-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
2 IrO2 + 2 H ++ 2 e - = Ir
2 O3 + H
2 O
Pote
ntia
l (V
ESH)
pH
MOMTi/TiO2Iridio
Tantalio
E= f (pH)E= f (t)C.P.E.I.S.E = f [O2]
MEDICION DE LACONDUCTIVIDAD ELECTRICA (κ)
2 electrodos dematerial inerteΔE = 10 mV
f = 1 kHz
R= V/I
101 102 103 104 105101
102
103
104
105
106
107
Res
istiv
idad
(ohm
.cm
)
Resistencia (ohm)
ohm.cm
Soluciones patrón de KCl
DETERMINACIÓN DEL FLUJO DE OXÍGENO
-1,2 -1,1 -1,0 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,110-7
10-6
10-5
10-4
10-3
pH 13,5[O2]= 8,5 ppm
Den
sida
d de
cor
rient
e (A
/cm
2 )
Potencial (VoltsMOM
)
2 electrodos dematerial inerte
& MOM
E = -0,950 VMOM @ 300”
10
10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1000.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
Electrodo Ag/AgCl
Pendiente = -0,051 Volts
Pote
ntia
l (V S
CE)
KCl Concentration/(Molar)
ELECTRODO ESPECÍFICO DE CLORURO
MEDICION DE Ecorr y Icorr
Ecorr - Potencial entre una barra de acero deconstrucción y el electrodo de referencia MOM
Icorr – Aplicación de corriente catódica (I) a labarra de acero de construcción, empleandomaterial inerte como contraelectrodo, y midiendoel potencial de la barra frente al MOM, luegode 1’ de polarización (E).
pcorr R
BI =s
corrp R
IEER −
−−=
Ag/AgCl
Pt 100
Acero deconstrucción
Electrodo dereferencia (MOM)
Electrodos dematerial inerte
SENSOR CON “CAPUCHÓN”DE MORTERO DE REPARACIÓN
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SENSOR – HORMICOR 400 - PC
PANTALLA DE RESULTADOS
PLANILLA DE RESULTADOS
INSTALACIÓN DE SENSORES ENUNA ESTRUCTURA NUEVA
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INSTALACIÓN DE SENSORES ENUNA ESTRUCTURA EXISTENTE
Sensor en ambiente de laboratorio
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000.01
0.1
1
10
-200
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
I corr (
µA.c
m-2)
Tiempo (días)
Icorr µA.cm-2 mVMOM
Ecorr (m
VM
OM )
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100102
103
104
105
106
107
108
Res
istiv
idad
Elé
ctric
a (o
hm.c
m)
Tiempo (días)
Resistividad (ohm.cm)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000.1
1
10
100
Fluj
o de
oxí
geno
(µA
.cm
-2)
Tiempo (días)
Oxig µA/cm2
CONCLUSIONES
• La utilización de sensores en la determinación de parámetros relacionados con la corrosión de armaduras es una de las herramientas más promisorias para establecer la vida útil de una estructura de hormigón armado
• Hay que tener en cuenta que la “filosofía” de medición empleada en el laboratorio y en una estructura real pueden llegar a ser muy diferentes.
CONCLUSIONES
• Aunque en los últimos años se han presentado gran cantidad de sensores cuyo empleo ha sido exitoso, es necesario llevar a cabo más investigaciones para resolver problemas reales en estructuras nuevas o ya existentes.
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MUCHAS GRACIAS POR SUAMABLE ATENCION
Dra. Gustavo S. DuffóComisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)
Consejo Nacional de InvestigacionesCientíficas y Técnicas (CONICET)
República Argentinaduffo@cnea.gov.ar