Por Ing.Abel de la Cruz
El uso combinado de los materiales de acero y concreto ha permitido el aporte individual de sus propiedades intrínsecas, para obtener como resultado un material con gran resistencia a la tracción y a la compresión. Además de una acción protectora del concreto contra la corrosión del concreto.
El concreto protege a la armadura de acero de baja aleación a través de dos mecanismos:
a.- Debido al nivel de alcalinidad (pH: aprox. 12/ 13) del concreto en contacto con el acero, este alcanza un estado de pasivación al formarse superficialmente una capa de óxido submicroscópica, impermeable y adherente, impidiendo la reacción anódica de oxidación.
b.- El concreto actúa como capa barrera contra la presencia de humedad, oxígeno, y demás contaminantes corrosivos que desean alcanzar la superficie de acero.
En consecuencia una estructura de concreto homogénea, debidamente diseñada, balanceada, continua, sin defectos e imperfecciones, puede lograr largos tiempos de vida en servicio, caso contrario se presentarán problemas de corrosión en la armadura. La velocidad de deterioro se incrementará si la agresividad corrosiva medio ambiental es alta, perdiéndose además las cualidades de resistencia estructural. Esto puede constituírse no sólo en una contingencia de alto costo de reparación, sino en una construcción de alto riesgo para la vida humana debido a que el fenómeno corrosivo actúa muchas veces, de manera silenciosa, en el interior de la estructura y su colapso suele ser impredecible.
Cuando dichas estructuras de concreto armado están expuestas a ambientes de elevada agresividad corrosiva y en contacto con contaminantes del tipo iones cloruros ocurre el fenómeno de carbonatación con disminución del pH, el estado pasivado de las armaduras de acero en el concreto puede perderse, generándose la corrosión del mismo.
Corrosión por iones Cloruros
Los iones cloruros son los mayores causantes de los problemas de corrosión localizada, puntual o por picaduras en armaduras. Aunque los iones sulfatos y sulfuros son también despasivantes, son agentes menos frecuentes y peligrosos que los cloruros.
La fuente de cloruros no sólo puede ser atmosférica, por salpicadura o inmersión en agua de mar que penetran el concreto en el tiempo, también puede provenir del agua utilizada en la preparación de la mezcla, de las impurezas del hormigón debido a la cantera de origen o debido a los aditivos utilizados en el concreto como acelerantes de fraguado.
El efecto de los iones cloruros tiene la particularidad de destruir en forma local la capa de pasivación que se había formado superficialmente sobre las varillas de acero, iniciándose el proceso corrosivo en forma de picaduras y actuando como ánodos en una típica pila de corrosión electroquímica, dando lugar a la profundización de la picadura.
La severidad del ataque, debido a los cloruros que penetran por difusión en el hormigón, no sólo dependen de la cantidad de estos iones que alcanzan la superficie metálica, sino también de otros factores tales como disponibilidad de oxígeno y el número y tamaño de espacios vacíos adyacentes a las armaduras.
Afortunadamente, en las estructuras sumergidas, el agua que llena los poros del hormigón dificulta mucho la difusión de oxígeno hasta el metal, limitando la velocidad de corrosión. La velocidad, con la cual, los iones cloruros presentes en forma libre en soluciones o en forma combinada como parte de las materias primas utilizadas en el concreto, alcanzan las armaduras y tienen un efecto en la velocidad y extensión de corrosión localizada o por picaduras y esta, a su vez, dependerá de:
El nivel de concentración de cloruros en el medio exterior.
Naturaleza de los cationes que acompañan a los iones cloruros.
Calidad de las materias primas y agregados, de la formulación y ejecución del concreto, principalmente en cuanto a las relaciones de agua/cemento, tipos de aditivos, calidad del agua, etc.
Porosidad del concreto y grado de fisuración del mismo, etc.
El contenido crítico de cloruros totales, generalmente aceptado en el concreto, se establece entre 0.05 a 0.1 % con relación al peso del concreto, pudiéndose utilizar para su determinación la Norma ASTM D 1411-93 Standard Test Method for Water-Soluble Chlorides Present as Admixes in Graded Aggregate Road Mixes. Annual Book of ASTM Standards Vol. 04.08.
Corrosión por Carbonatación del Concreto
La corrosión causada por la carbonatación del concreto, de acuerdo a su morfología, es del tipo uniforme, es decir, la pérdida del material de las armaduras de acero es de forma generalizada, a diferencia de la corrosión localizada por picaduras, la cual tiende a profundizarse más rápidamente que la corrosión uniforme, y en consecuencia constituye mayor peligro.
Este fenómeno consiste en la actuación de agentes atmosféricos que reducen la alcalinidad en la interfase acero/concreto. Los causantes de este efecto son los constituyentes ácidos de la atmósfera o del medio donde se encuentra en servicio la estructura de concreto armado, particularmente el CO2 y el SO2.
Entre ambos el que tiene mayor presencia en la atmósfera y desempeña mayor actividad en el proceso es el CO2, de ahí que el fenómeno recibe el nombre de carbonatación. Lo característico del proceso es la aparición de brechas separadas de diferente pH, por lo general una zona con ph de alta alcalinidad pH > 12 y otra con pH < 9.
La carbonatación es en realidad un proceso lento que se hace patente después de varios años. El proceso químico consiste en la reacción del CO2 (ligeramente ácido en solución) con el hidróxido cálcico Ca(OH)2 (que se forma durante la combinación de los silicatos del cemento y los álcalis en los sulfatos en el Clincker) que se encuentra en solución contenida en los poros del concreto y/o con los componentes hidratados del mismo, el producto de la reacción es la formación de carbonatos cuyo pH es menor a 9.
La velocidad de la reacción de carbonatación también depende de la velocidad de difusión del CO2 a través del concreto ya carbonatado y la difusión del agua formada en la primera etapa del proceso.
La carbonatación del concreto al llegar a la superficie de acero de la armadura destruye la capa que lo pasiva debido a que esta es poco estable a pH < a 9. A continuación y desaparecida la capa pasivante, el acero se corroe en forma generalizada, tal como si estuviese expuesto y desnudo a la atmósfera, con la diferencia que en el interior del concreto la humedad contenida provocará mayor tiempo de humectación sobre la armadura de acero.
En general puede definirse que el progreso de la carbonatación esta determinado más por la porosidad del concreto que por su propia composición. En las relaciones agua/concreto entre 0.4 a 0.7, siempre tendremos en el concreto más agua que la que se puede combinar químicamente con el cemento y es sabido que esto determina la porosidad del concreto fraguado. Por lo que si recurrimos a relaciones de agua/concreto más bajas, podríamos obtener un concreto menos poroso y de mayor resistencia a la carbonatación.
Aparte de estos factores internos, la carbonatación y en consecuencia el proceso de corrosión de las armaduras de acero también dependerá de factores externos, tales como la humedad atmosférica. Por lo anterior, valores entre 50 y 70% de H.R. serán óptimos, puestos que, los poros no llegarán a saturarse de agua, permitiendo a estos niveles, la difusión y penetración del CO2, alcanzando con mayor facilidad el concreto adyacente a la armadura y con la posibilidad de efectuarse la reacción química de carbonatación en el medio acuoso.
A humedades inferiores a 50%, los poros estarán secos y no permitirá la reacción del CO2 en el medio líquido. Por lo contrario, con humedades superiores al 70% de H.R. los poros se saturan de agua y el gas carbónico CO2, penetra con mayor dificultad hacia la armadura.
Un efecto combinado de cloruros y CO2 (Dióxido de carbono) en el concreto puede causar graves consecuencias corrosivas, pero además un efecto colateral provocado por el CO2 sobre los aluminatos clorados del concreto, los cuales pueden ser disociados y quedar libres los cloruros combinados.
Recubrimientos Protectores
Existen una amplia variedad de recubrimientos que protegen las superficies de concreto armado y actúan mediante el mecanismo de capa de barrera: Pinturas Epoxy-Poliamida, Epoxy-aminas, Epoxy-Novolacas, Pinturas de Poliuretano etc. las cuales se interponen y retardan el ingreso de contaminantes externos como cloruros, dióxido de carbono, dióxido sulfuroso, humedad, oxígeno, etc. extendiendo la durabilidad de las estructuras de concreto armado.
Es importante al igual que en la protección del acero seguir los procedimientos establecidos para la aplicación de recubrimientos orgánicos:
a.Inspeccionar y evaluar las condiciones del concreto a proteger: humedad, contaminantes, estado de conservación, integridad y resistencia del mismo, defectos, alcalinidad ó pH, etc.
b.Diseño y selección del sistema de pintado con recubrimientos de acuerdo a las condiciones de operación.
c.Preparación de la superficie del concreto, de acuerdo a normas técnicas.
d.Aplicación de las diferentes capas de recubrimiento.
e.Inspección de calidad del proceso integral del tratamiento de la superficie de concreto.
*Gerente General- AmericanConsult Perú. [email protected]
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