Análisis de la corrosión de las armaduras de acero en el hormigón: generación de monocapa inhibidora sobre la superficie de acero

Abstract

La corrosión de las armaduras es un fenómeno que puede reducir en gran medida la vida útil de cualquier estructura o elemento constructivo de hormigón armado. La pérdida de sección y de adherencia como consecuencia de procesos de corrosión, o las fisuras producidas en la matriz envolvente debido a las tensiones generadas por los productos de corrosión, afectan negativamente a la capacidad mecánica, funcional y estética del material. Por tanto, el estudio de dichos procesos y de métodos que permitan reducir la cinética de corrosión, son de suma importancia en el ámbito de la arquitectura y la ingeniería. En la primera parte de esta Tesis se estudia el empleo de nuevos métodos para el ánalisis de los procesos de corrosión, mediante el uso conjunto de técnicas electroquímicas y estadísticas avanzadas. Esta combinación genera una información cualitativa y cuantitativa, que demuestra ser más completa y útil que la obtenida mediante las metodologías tradicionales. En la segunda parte del trabajo se selecciona una serie de compuestos orgánicos tipo amina y carboxilato para que actúen como inhibidores de la corrosión. Con ellos se desarrollan, optimizan y describen diferentes protocolos de fijación de monocapas sobre las armaduras de acero, comprobando su efectividad tras someterlas al ataque químico en disoluciones con diferentes mecanismos y niveles de agresividad. A continuación, se estudia la efectividad del recubrimiento inhibidor en armaduras embebidas en probetas de mortero y hormigón. Para ello, se utilizan los protocolos clásicos de trabajo para el seguimiento de los procesos de corrosión. Finalmente, se prosigue con el análisis de la respuesta de las monocapas bajo cargas estáticas y dinámicas de tracción en las barras, y con la comprobación del comportamiento e influencia de los revestimientos generados sobre la adherencia del sistema hormigón-acero.

Corrosion of steel reinforcements is a phenomenon that can greatly reduce the lifespan of any reinforced concrete structure or structural element. The mechanical, functional and aesthetic capacity of the material are negatively affected by the loss of section and adhesion as a consequence of corrosion procceses or by cracks produced in the surrounding matrix due to stresses caused by corrosion products. Therefore, the study of these processes and of the methods that reduce corrosion kinetics are of utmost importance in the field of architecture and engineering. In the first part of this thesis, new methods for analysing corrosion processes are studied through the joint use of electrochemical techniques and advanced statistics. This combination yields qualitative and quantitative information which is more complete and useful than that obtained by traditional methodologies. In the second part of the paper, a series of organic amine and carboxylate compounds are selected to act as corrosion inhibitors. Different protocols for the monolayer binding of these compounds to the steel reinforcements are developed, optimised and described, proving their effectiveness after subjecting them to chemical attack in solutions with different mechanisms and levels of aggressiveness. Next, the effectiveness of the inhibitor coating is studied in reinforcements embedded in mortar and concrete specimens. For that purpose, classic working protocols are used to monitor the corrosion processes. Lastly, the response of the monolayers to static and dynamic tensile loads applied to the steel rods is analysed, as well as the behaviour and influence of the coatings on the adhesion of the concrete-steel system.

La corrosió de les armadures és un fenomen que pot reduir en gran manera la vida útil de qualsevol estructura o element constructiu de formigó armat. La pèrdua de secció i d'adherència com a conseqüència de processos de corrosió, o les fissures produïdes en la matriu envolupant a causa de les tensions generades pels productes de corrosió, afecten negativament a la capacitat mecànica, funcional i estètica del material. Per tant, l'estudi d'aquests processos i de mètodes que permeten reduir la cinètica de corrosió, són de summa importància en l'àmbit de l'arquitectura i l'enginyeria. En la primera part d'aquesta Tesi s'estudia l'ocupació de nous mètodes per a l'anàlisi dels processos de corrosió, mitjançant l'ús conjunt de tècniques electroquímiques i estadístiques avançades. Aquesta combinació genera una informació qualitativa i quantitativa, que demostra ser més completa i útil que l'obtinguda mitjançant les metodologies tradicionals. En la segona part del treball se selecciona una sèrie de compostos orgànics tipus amina i carboxilato perquè actuen com a inhibidors de la corrosió. Amb ells es desenvolupen, optimitzen i descriuen diferents protocols de fixació de monocapes sobre les armadures d'acer, comprovant la seua efectivitat després de sotmetre-les a l'atac químic en dissolucions amb diferents mecanismes i nivells d'agressivitat. A continuació, s'estudia l'efectivitat del recobriment inhibidor en armadures embegudes en provetes de morter i formigó. Per a açò, s'utilitzen els protocols clàssics de treball per al seguiment dels processos de corrosió. Finalment, es prossegueix amb l'anàlisi de la resposta de les monocapes baix càrregues estàtiques i dinàmiques de tracció en les barres, i amb la comprovació del comportament i influència dels revestiments generats sobre l'adherència del sistema formigó-acer.