Extracción electroquímica de cloruros del hormigón armado

285 Pages·2005·2.19 MB·Spanish

Extracción electroquímica de cloruros del
hormigón armado: estudio de diferentes
variables que influyen en la eficiencia del
tratamiento

María José Sánchez de Rojas Noguera

Tesis de Doctorado

Escuela Politécnica

Directores: Dr. D. Miguel Ángel Climent Llorca
Dr. D. Pedro Garcés Terradillos

2004
Extracción electroquímica de cloruros
del hormigón armado: estudio de
diferentes variables que influyen en la
eficiencia del tratamiento.

TESIS DOCTORAL

MARÍA JOSÉ SÁNCHEZ DE ROJAS NOGUERA

DIRECTORES DE TESIS: MIGUEL ÁNGEL CLIMENT LLORCA Y PEDRO
GARCÉS TERRADILLOS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DE LA
ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE ALICANTE

ALICANTE, 2004
UNIVERSIDAD DE ALICANTE

Extracción electroquímica de cloruros
del hormigón armado: Estudio de
diferentes variables que influyen en la

eficiencia del tratamiento.

TESIS DOCTORAL

Mª José Sánchez de Rojas Noguera

ALICANTE, 2004
A Antonio y a mis hijos, Antonio, Luis y Pablo,
por el tiempo que no les he dedicado durante
la realización de este trabajo.

A mi madre, por su bondad y generosidad.

A mis hermanos, a los que siempre he sentido
a mi lado.

A la memoria de mi padre y de Josema.
ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN 1
1.1 HORMIGÓN 3
1.1.1 Composición del cemento Pórtland 4

1.1.1.1 Materias primas 4
1.1.1.2 Componentes del clinker Pórtland 5

1.1.2 Hidratación del cemento Pórtland 7
1.1.3 Tipos de cementos 8
1.1.4 Composición de la disolución interna de los poros del hormigón 9
1.1.5 Durabilidad de las estructuras de hormigón armado 10

1.1.5.1 Ataques por agentes químicos 11
1.1.5.2 Ataques por agentes físicos 13
1.1.5.3 Ataques por agentes biológicos 13
1.2 CORROSIÓN DE ARMADURAS 14

1.2.1 Fundamentos sobre corrosión de armaduras 14
1.2.2 Causas de la corrosión de las armaduras 17
1.2.3 Tipos de corrosión. 19
1.2.4 Factores desencadenantes de la corrosión de armaduras en
contacto con hormigón. 21

1.2.4.1 Corrosión inducida por cloruros. 21
1.2.4.2 Carbonatación del hormigón. 23
1.2.4.3 Combinación de carbonatación más iones cloruro. 25
1.2.4.4 Influencia de las fisuras. 26

1.2.5 Factores acelerantes de la corrosión. 26
1.2.6 Efectos derivados de la corrosión 28
1.2.7 Predicción de la vida útil de una estructura. 29
1.2.8 Vida residual de una estructura de hormigón armado. 30

1.3 INTERVENCIÓN EN ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN
ARMADO AFECTADAS POR CORROSIÓN DE SUS
ARMADURAS. 31

1.3.1 Eliminación del hormigón dañado por métodos tradicionales. 31
1.3.2 Métodos de reparación del hormigón dañado no tradicionales. 32

I
1.4 EXTRACCIÓN ELECTROQUÍMICA DE CLORUROS 34

1.4.1 Antecedentes más notorios sobre el fundamento y aplicación del
método 34
1.4.2 Fundamento 35
1.4.3 Factores que pueden condicionar la técnica de EEC 37

1.4.3.1 El campo eléctrico 37
1.4.3.2 Espesor de recubrimiento 37
1.4.3.3 Transporte iónico en soluciones acuosas 38
1.4.3.4 Transporte de iones en el hormigón 39

1.4.4 Eficiencia de la EEC 39

1.4.4.1 Estrategias para determinar experimentalmente la
eficiencia de la EEC 39
1.4.4.2 Modelos matemáticos para predecir la eficiencia de la
EEC 40

1.4.5 Comportamiento a largo plazo. 43
1.4.6 Aspectos prácticos de la aplicación de la EEC. 44
1.4.7 Efectos colaterales de la EEC 46

1.4.7.1 Reacción árido silíceo-álcali 47
1.4.7.2 Reducción de la adherencia entre el acero y el

hormigón 47
1.4.7.3 La fragilización del acero por absorción de hidrógeno. 48

1.5 MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS UTILIZADOS PARA EL
ESTUDIO DE LA CORROSIÓN 49

1.5.1 Medida del potencial de corrosión 49
1.5.2 Medida de resistividad 49
1.5.3 Medida de la velocidad de corrosión a través de la Resistenciade
polarización 50

2. OBJETIVOS 53
3. MÉTODO EXPERIMENTAL 57
3.1 PREPARACIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES 59
II
3.1.1 Preparación de los bloques, probetas y columnas de hormigón 59

3.1.1.1 Materiales utilizados 59
3.1.1.2 Dosificación 60

3.1.1.2.1 Hormigón tipo B 60
3.1.1.2.2 Hormigón tipo M 61

3.1.2 Preparación de los morteros estudiados 62

3.1.2.1 Tipos de cementos 62
3.1.2.2 Árido 68
3.1.2.3 Dosificación 68

3.1.3 Propiedades 69

3.1.3.1 Resistencia a compresión 69
3.1.3.2 Determinación de densidades, porosidad y grado de
saturación 70
3.2 MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DE CLORUROS EN
HORMIGÓN 72

3.2.1 Determinación de contenidos de cloruros totales y libres 72

3.2.1.1 Reactivos y material de laboratorio 73
3.2.1.2 Métodos de disolución de cloruros totales 74
3.2.1.3 Métodos de disolución de cloruros libres 75
3.2.1.4 Valoraciones potenciométricas: Método de Gran 76

3.2.1.4.1 Descripción del método 76
3.2.1.4.2 Procedimiento operativo 79
3.2.1.4.3 Tratamiento matemático de los datos: Método
de linearización de Gran 81

3.2.2 Expresión matemática de la capacidad de fijación de cloruros
por parte del hormigón 83

3.3 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS
EXPERIMENTOS DE EXTRACCIÓN ELECTROQUÍMICA
DE CLORUROS 85
3.4 CÁLCULO DE LAS CANTIDADES DE CLORURO
EXTRAÍDAS 90
3.5 TECNICAS EXPERIMENTALES DE DETERMINACIÓN DE
Icorr, Ecorr Y RESISTIVIDAD ELÉCTRICA. GECOR 6 92
III
3.6 PROGRAMACIÓN DEL TRABAJO EXPERIMENTAL 94

3.6.1 Estudio 1:Influencia de la posición del punto de toma de muestras
respecto a la posición de las armaduras sobre la EEC 94

3.6.2 Estudio 2: Influencia de la densidad de corriente aplicada en la
eficiencia de la técnica de EEC 97

3.6.3 Estudio 3: Influencia de las paradas realizadas durante el
tratamiento en la eficiencia de la EEC 103

3.6.4 Estudio 4: Influencia de la disposición geométrica de las armaduras
en la eficiencia de la EEC 107

3.6.5Estudio 5: Influencia del tipo de disposición anódica en la eficiencia
de la EEC 113

3.6.6 Estudio 6: Influencia de la carbonatación sobre la EEC 122

3.6.7 Estudio 7: Influencia del proceso de extracción electroquímica de
cloruros sobre la capacidad de combinación de cloruros para distintos
morteros de cemento 123
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 127

4.1ESTUDIO 1: Influencia de la posición del punto de toma
de muestras respecto a la posición de las armaduras sobre
EEC 129

4.1.1 Notación utilizada para el bloque A 129
4.1.2 Perfiles de la concentración de cloruros en el bloque A, con
testigos tomados cerca y lejos del cruce de las armaduras. 129
4.1.3 Valores de Ecorr e Icorr obtenidos para el bloque A 132

4.2 ESTUDIO 2: Influencia de la densidad de corriente
aplicada en la eficiencia de la EEC 133

4.2.1 Resultados y discusión para los bloques B, C y D fabricados
con hormigón tipo M 133

4.2.1.1 Notación utilizada para el bloque B (5A/m2) 133
4.2.1.2 Perfiles de la concentración de cloruros en el
bloque B 134
4.2.1.3 Notación utilizada para el bloque C (2A/m2) 135
4.2.1.4 Perfiles de la concentración de cloruros en el
bloque C 135

IV
4.2.1.5 Notación utilizada para el bloque D (1A/m2) 136
4.2.1.6 Perfiles de la concentración de cloruros en el
bloque D 136
4.2.1.7 Valores de Ecorr e Icorr para los bloque B, C y D 140

4.2.2 Resultados y discusión para los bloques P1HB y P2HB,
fabricados con hormigón tipo B 142

4.2.2.1 Notación utilizada para el bloque P1HB (5A/m2) 142
4.2.2.2 Perfiles de la concentración de cloruros en el bloque
P1HB 142
4.2.2.3 Notación utilizada para el bloque P2HB (2A/m2) 143
4.2.2.4 Perfiles de la concentración de cloruros en el bloque
P2HB 143
4.2.2.5 Valores de Ecorr e Icorr obtenidos para los bloques
P1HB y P2HB 145

4.3 ESTUDIO 3: Influencia de las paradas realizadas durante
el tratamiento en la eficiencia de la EEC 146

4.3.1 Resultados y discusión para los bloques C (sin paradas) y E (con
paradas durante el tratamiento), fabricados con hormigón tipo M 147

4.3.1.1 Notación utilizada para el bloque E 147
4.3.1.2 Perfiles de la concentración de cloruros en el
bloque E 147
4.3.1.3 Valores de Ecorr e Icorr obtenidos para los
bloques C y E 150

4.3.2 Resultados y discusión para los bloques P3HB (sin paradas) y
P2HB (con paradas) fabricados con hormigón tipo B 151

4.3.2.1 Notación utilizada para el bloque P3HB 151
4.3.2.2 Perfiles de la concentración de cloruros en el bloque
P3HB 152
4.3.2.3 Valores de Ecorr e Icorr para los bloques P2HB y
P3HB 153

V
4.3.3 Resultados y discusión para los bloques P2HB (con paradas) y
P2HM (con paradas) fabricados con hormigón tipo B y M
respectivamente 154

4.3.3.1 Notación utilizada para el bloque P2HM 155
4.3.3.2 Perfiles de la concentración de cloruros en el bloque
P2HM 155
4.3.3.3 Valores de Ecorr e Icorr obtenidos para los bloques
P2HB y P2HM 157

4.4 ESTUDIO 4: Influencia de la disposición geométrica de
las armaduras en la eficiencia de la EEC 158

4.4.1 Notación de los bloques pilar, pilar de doble barra, losa, zapata y
viga 158
4.4.2 Perfiles de la concentración de cloruros para el pilar 161
4.4.3 Perfiles de concentración de cloruros para el pilar de doble barra 161
4.4.4 Perfiles de concentración de cloruros para la losa 162
4.4.5 Perfiles de concentración de cloruros para la zapata 162
4.4.6 Perfiles de concentración de cloruros para la viga 163
4.4.7 Valores de Ecorr e Icorr obtenidos para los bloques 166
4.4.8 Discusión de los resultados 167

4.5 ESTUDIO 5: Influencia del tipo de disposición anódica en
la eficiencia de la EEC 169

4.5.1 Notación utilizada para las columnas y probetas cilíndricas 170
4.5.2 Perfiles de la concentración de cloruros para la columna 1 170
4.5.3 Perfiles de concentración de cloruros para las columnas 2 y 3 172
4.5.4 Perfiles de la concentración de cloruros para la columna
cuadrada 173
4.5.5 Valores de Ecorr, Icorr y resistividad para la columna 2 174
4.5.6 Variación de la fuerza electromotriz necesaria para la EEC en las
columnas 176
4.5.7 Perfiles de la concentración de cloruros para las probetas
cilíndricas 178
4.5.8 Discusión de los resultados 181
4.5.9 Curvas de tensión-deformación de un acero sometido a EEC
para evaluar el riesgo de fragilización por hidrógeno 184

4.6 ESTUDIO 6: Influencia de la carbonatación en la
eficiencia de la EEC 186

4.6.1 Perfiles de la concentración de cloruros para la probeta 8
carbonatada 186

VI