Se evaluó la corrosión del acero inoxidable 304 y el acero 1018, embebidos en especimenes de concreto elaborados en base a las normas ASTM C470-87 y C192-81. Se elaboraron concretos de relación a/c, 0.45 y 0.65. Los especimenes estuvieron expuestos 66 semanas en dos medios agresivos, soluciones al 3.5 % de NaCl y 3.5% de Na2SO4. La evaluación fue mediante la técnica de Resistencia a la Polarización (Rp), medición del potencial de corrosión (Ecorr), norma ASTM C-876-91. Los resultados demuestran una resistencia a la corrosión del acero 304 en ambos medios muy superior a la del acero 101

Almeraya, Facundo

Baltazar, Miguel

Borunda, Adan

Maldonado, Erick

Nieves, Demetrio

Ortiz, Arturo

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Scientia et Technica Año XIII, No 36, Septiembre de 2007. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701                                                        353  Fecha de Recepción: Mayo 9 del 2007 Fecha de Aceptación: Agosto 23 del 2007 CORROSIÓN DEL ACERO INOXIDABLE 304 COMO REFUERZO EN CONCRETO EXPUESTO A CLORUROS Y SULFATOS   Corrosion of stainless steel 304 like reinforcement concrete exposed to chlorides and sulphates  RESUMEN Se evaluó la corrosión del acero inoxidable 304 y el acero 1018, embebidos en especimenes de concreto elaborados en base a las normas ASTM C470-87 y C192-81. Se elaboraron concretos de relación a/c, 0.45 y 0.65. Los especimenes estuvieron expuestos 66 semanas en dos medios agresivos, soluciones al  3.5 % de NaCl y 3.5% de Na2SO4. La evaluación fue mediante la técnica de Resistencia a la Polarización (Rp), medición del potencial de corrosión (Ecorr), norma ASTM C-876-91. Los resultados demuestran una resistencia a la corrosión del acero 304 en ambos medios muy  superior a la del acero 1018.   PALABRAS CLAVES: Concreto, Corrosión, Acero Inoxidable, Cloruros, Sulfatos   ABSTRACT It’s evaluated the corrosion of 304 stainless steel and steel 1018, embedded in elaborated specimens of concrete on the basis of norms ASTM C470-87 and C192-81. Were elaborated concrete of ration a/c, 0,45 and 0.65 . The specimens were exposed 66 weeks in two aggressive means, solutions to 3,5% of NaCl and 3,5% of Na2SO4. The evaluation was made by the technique of Resistance to the Polarization (Rp), measurement of the corrosion potential (Ecorr) in agreement norm ASTM C-876-91. The results far beyond demonstrate a resistance to the corrosion of steel 304 in both means the one steel 1018.   KEYWORDS: Concrete, Corrosion, Stainless Steel, Chlorides,  Sulphates  MIGUEL BALTAZAR Ingeniero Civil, Ph. D. Profesor  Investigador FIC-Xalapa UV mbaltazar@uv.mx FACUNDO ALMERAYA Ingeniero Metalúrgico, Ph.D. Investigador CIMAV, S.C. facundo.almeraya@cimav.edu.mx DEMETRIO NIEVES Ingeniero Civil, Ph.D. Profesor  Investigador FIANS, UAT dnieves@uat.mx ADAN BORUNDA Ingeniero Metalúrgico, M. Sc Tècnico Acadèmico CIMAV, S.C. adan.borunda@cimav.edu.mx ERICK MALDONADO Ingeniero Civil, M. Sc. Estudiante de Doctorado CIMAV, S.C erick.maldonado@cimav.edu.mx ARTURO ORTIZ Ingeniero Civil, M. Sc. Profesor  Investigador FIC-Xalapa UV arortiz@uv.mx  1. INTRODUCCIÓN  La corrosión del acero de refuerzo es la causa más importante del deterioro prematuro de las estructuras de concreto reforzado [1]. En 1986 se estimó que más de 244,000 puentes en E.U.A con significado deterioro, siendo la causa principal la corrosión de las barras de refuerzo de las estructuras de concreto [2]. El SHRP de EUA estimò US $2.000 millones para mantenimiento  de puentes con problemas de corrosión [3]. Estudios en E.U.A por parte de la NACE muestran que para 1998 tan solo en el territorio estadounidenses en lo que se refiere a puentes,  los cálculos de costos directos anuales ascendían a US $3.800 millones, esta cantidad solo para el reemplazo en los próximos 10 años de puentes con deficiencias estructurales[4].   Inicialmente el acero de refuerzo embebido en concreto está naturalmente protegido de la corrosión por la alta alcalinidad del medio que lo rodea, pH=12.2 o mayor. Sin embargo, debido al comportamiento como una membrana semipermeable del concreto se da el ingreso                                                                                            Scientia et Technica Año XIII, No 36, Septiembre de 2007. Universidad Tecnológica de Pereira.    354de sustancias o iones agresivos (cloruros, sulfatos) [5][6]. A diferencia de las acciones correctivas o secundarias, como uso de inhibidores de corrosión, cubierta epóxica de las varillas, removimiento electroquímica de los cloruros, y que en ocasiones han fallado en proveer protección satisfactoria para el acero de refuerzo [7],  el utilizar el acero inoxidable como refuerzo se considera una acción preventiva, para estructuras que estén expuestas a medios agresivos, como muelles, puentes, edificios, lo que traería como resultado un periodo de vida útil o de servicio mayor y con ello una reducción en los costos de mantenimiento preventivo y correctivo[8].  2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL  2.1 Materiales para la elaboración del concreto  • Cemento  Ornidario CPO 30R  • Agregado Grueso: Árido silicio triturado de 19mm, Peso específico (Ss) = 2.76, Absorción =0.5% • Agregado fino: Arena cuarzosa, Modulo de Finura (MF)= 3.5, Peso específico (Ss)= 2.63, Absorción= 2.2 % • Agua: Potable  2.2 Diseño de mezclas  y elaboración de especímenes Se diseñaron dos diferentes mezclas de concreto con relación agua/cemento =  0.45 y  0.65 [9] la tabla 1 muestra la dosificación de ambas. Los especimenes (cilindros de concreto 15x30cm), se elaboraron en base a las Normas ASTM C470-87 y C192-81.   Materiales Kg Rel. a/c  0.45  Rel. a/c  0.65 Agua  209  209  Cemento 456  316  Grava  1035 1035 Arena  664 807             Tabla 1.  Dosificación de las mezclas de  concreto   2.3 Características del acero de refuerzo  En cada  espécimen se embebieron dos  varillas de acero 1018 y 304, como electrodos de trabajo y auxiliar, colocándoles una franja de 5 cm. de cinta de fluorocarbono en la parte superior, para  evitar que se presenten zonas de aeración diferencial, concentración de sales o corrosión por hendidura [10], además se pintaron con pintura epóxica para tener un área determinada susceptible a la corrosión, ver figura 1. Las varillas  presentaba diferentes condiciones superficiales  (Limpia, Expuesta al Ambiente y Contaminada),   y acero inoxidable 304   SUPERFICIE PINTURAESPECIMEN DE PRUEBAPINTURATRABAJOREFERENCIA100 mm110 mm50 mm50 mm30 mm39.90 cm2 ACTIVACINTATEFLON  Figura 1. Espécimen de concreto  2.4 Descripción de la nomenclatura  Para la identificación de los diferentes parámetros de estudio, se asignó una nomenclatura a cada espécimen, ver tabla 2, los números y letras se refieren:  • 4 y 6  a la relación a/c 0.45 y 0.65 • R  a la técnica Resistencia a la Polarización. • 1 Limpia 1018, 2 Expuesta al ambiente 1018,  • 3 Contaminada 1018, 4 Limpia 304 • N exposición en solución al 3.5% de NaCl • S exposición en solución al 3.5% de Na2SO4  Solución al 3.5 % de NaCl Solución al 3.5 % de Na2SO4 4R1N 4R1S 4R2N 4R2S 4R3N 4R3S 4R4N 4R4S 6R1N 6R1S 6R2N 6R2S 6R3N 6R3S 6R4N 6R4S Tabla 2.  Nomenclatura de los especímenes  2.5 Arreglo  de la Celda Electroquímica  Los  especimenes estuvieron expuestos en dos medios agresivos solución al 3.5 % NaCl y al 3.5% Na2SO4,  por un periodo de 66 semanas, para llevar acabo la evaluación de la cinética de corrosión se empleo la técnica de de Resistencia a la Polarización Lineal (Rp), el valor de resistencia obtenido por esta técnica se define como la resistencia de un espécimen a la oxidación durante la aplicación de un potencial externo, La velocidad de corrosión está relacionada directamente con la Rp y se puede calcular de ella. Además esta técnica se encuentra fundamentada en la ecuación de Butler-Volmer [11].  ; los datos se obtuvieron  con un barrido ± 20 mV vs. Ecorr y una velocidad de barrido de 10 mV/min, el equipo que se ocupo Scientia et Technica Año XIII, No 36, Septiembre de 2007. Universidad Tecnológica de Pereira.  355para realizar dichas pruebas fue un Gill AC Potenciostato/Galvanostato/ZRA ACM Instruments; además se utilizó un electrodo de referencia cobre-sulfato de cobre, Cu/CuSO4; los potenciales de corrosión se midieron en base a la norma ASTM C-876-91. El arreglo experimental se muestra en la figura 2.  Figura 2. Celda Electroquímica de Experimentación  3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN  3.1 Especimenes expuestos a cloruros Potenciales de Corrosión El monitoreo de potencial de media celda en los especimenes fue en la zona del centro como lo recomienda la literatura [11]. La interpretación de los valores de los potenciales de corrosión fue en base la Norma ASTM C876-91[12], ver tabla 3. Potenciales de corrosión  Norma ASMT C876-91 Potenciales más positivos que -200 mV Riesgo de que ocurra corrosión es del 10%; Si esta entre –200 y –350 mV se tiene una incertidumbre Si son más negativos que –350 mV se tendrá una probabilidad del 90% de que se esté corroyendo el acero Tabla 3. Potenciales de corrosión en concreto reforzado.  En la figura nos indica el comportamiento de los potenciales de corrosión de los diferentes especimenes en estudio, los especimenes con acero inoxidable,  varían entre -200 y -250 mV, que de acuerdo a la norma de la ASTM 876 nos indica que se tiene una incertidumbre de que se este presentando corrosión, esto se debe a la película pasiva  estable de gran resistencia que se forma gracias a la presencia del cromo principalmente [13].  En los especimenes con acero 1018 se tiene una influencia importante de la relación agua/cemento, teniéndose para los especimenes de 0.65, que con el paso del tiempo su tendencia es de ser más negativos lo que indica de acuerdo a la norma ASTM C876-91 que se tiene una  probabilidad de 90% de que se este corroyendo el acero. Una resistencia mayor la presentan los especimenes de relación 0.45 con potenciales de -350 a -150 mV, con una incertidumbre y 10% de probabilidad de corrosión. En los especimenes de relación 0.65 no influye la condición superficial, reportando para la semana 66 valores de -500 mV los tres estados superficiales.                                                                                                                                                                                                                                                                                         0 10 20 30 40 50 60 70 80-600-550-500-450-400-350-300-250-200-150-10090% de Probabilidad de CorrosiónSe tiene incertidumbre10% de Probabilidad de CorrosiónCuradoE corr (mV vs Cu/CuSO4)Tiempo (Semanas)Especímenesrel. 0.45 y 0.65en solución con3.5% de NaCl  4R1N 4R2N 4R3N 4R4N 6R1N 6R2N 6R3N 6R4N Figura 3. Potenciales especímenes en NaCl  al 3.5%.  Resistencia a la Polarización Lineal.  En la figura 4 se observa en los especimenes con acero 304, una curva prácticamente perpendicular,  lo que indica una muy baja cinética de corrosión. Los especimenes 4R2N y 6R2N presentaron unas curvas con menor demanda de corriente, indicando una cinética de corrosión menor que los especimenes 4R3N, 4R4N, 6R3N y 6R4N.                                                                                                                                                                                                                                                                                         -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08-20-1001020Potencial (mV vs Cu/CuSO4)Densidad de Corriente (mA/cm2)EspecímenesSemana 2etapa curado 4R1N 4R2N 4R3N 4R4N 6R1N 6R2N 6R3N 6R4N Figura 4. Curvas Rp, especimenes a solución de NaCl  De la figura 5 se tiene que los especimenes con acero inoxidable, presentan una demanda de corriente despreciable, curvas verticales, asociado a un estado pasivo del material, mostrando una gran resistencia al medio agresivo. En los especimenes con acero 1018, se ER: Electrodo de referencia ET: Electrodo de Trabajo ER EA  ET POTENCIOSTATO Medio agresivo ADQUISICIÓN DE DATOS ET: Electrodo Auxiliar                                                                                            Scientia et Technica Año XIII, No 36, Septiembre de 2007. Universidad Tecnológica de Pereira.    356identifica una influencia determinante de la relación agua/cemento en la cinética de corrosión siendo directamente proporcional, a mayor relación mayor velocidad de corrosión, curvas más verticales en los especimenes de relación 0.45 y más inclinadas en los de 0.65, los valores de icorr correspondientes a estas curvas se muestran en la tabla 3.                                                                                                                                                                                                                                                                                         -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04-20-1001020Potencial (mV vs Cu/CuSO4)Densidad de Corriente (mA/cm2)EspecímenesSemana 66 ensolución con3.5% de NaCl 4R1N 4R2N 4R3N 4R4N 6R1N 6R2N 6R3N 6R4N Figura 5. Curvas Rp semana 66 de exposición en solución NaCl  Especimenes  E corr (mV) Rp ohms icorr (mA/cm2) 4R1N -233 245226.70 0.00011 4R2N -382 4247.73 0.00614 4R3N -168 8255.26 0.00316 4R4N -306 2475.34 0.01050 6R1N -232 154759.20 0.00017 6R2N -539 924.76 0.02821 6R3N -537 724.82 0.03599 6R4N -527 764.83 0.03411 Tabla 3. Parámetros electroquímicos figura 5  3.2 Especimenes expuestos a sulfatos Potenciales de Corrosión En la figura 6 los valores de potenciales de todos los especimenes, acero 1018 y 304, tienen una tendencia de ser más positivo al paso del periodo de exposición, con valores menores de -200 mV, lo que indican en base a la Norma ASTM C876-91, un 10% de riesgo que ocurra corrosión.                                                                                                                                                                                                                                                                                          0 10 20 30 40 50 60 70 80-450-400-350-300-250-200-150-100-5090% de Probabilidad de CorrosiónSe tiene incertidumbre10% de Probabilidad de CorrosiónCuradoE corr (mV vs Cu/CuSO4)Tiempo (Semanas)Especímenesrel. 0.45 y 0.65en solución con3.5% de Na2SO4  4R1S 4R2S 4R3S 4R4S 6R1S 6R2S 6R3S 6R4S Figura 3. Potenciales especimenes en Na2SO4  al 3.5%. Resistencia a la Polarización Lineal.  Se tiene en la figura 7, un comportamiento similar a los especimenes de la figura 4, debido a que las pruebas son de la etapa de curado, medio no contaminado.                                                                                                                                                                                                                                                                                          -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 0.06-20-1001020Potencial (mV vs Cu/CuSO4)Densidad de Corriente (mA/cm2)EspecímenesSemana 2etapa curado 4R1S 4R2S 4R3S 4R4S 6R1S 6R2S 6R3S 6R4S Figura 7. Curvas de Rp, especímenes para solución de Na2SO4  Se observa en la figura 6 que los especimenes con acero 304 presentan curvas verticales relacionadas con una demanda de corriente despreciable, y un  comportamiento homogéneo en los especimenes con acero 1018, con unas curvas con tendencia vertical lo que indica una resistencia a la polarización mas alta que la de los especimenes en cloruros. Al realizar un análisis visual no identifica una influencia determinante de la relación agua/cemento, ni de las condiciones superficiales del acero, pero al observar los datos reportados de cada espécimen en la tabla 4 se puede identificar la influencia del estado superficial del acero de refuerzo, teniendo los especimenes con acero 1018 contaminado los valores más altos de icorr.                                                                                                                                                                                                                                                                                          -0.008 -0.006 -0.004 -0.002 0.000 0.002 0.004 0.006-20-1001020Potencial (mV vs Cu/CuSO4)Densidad de Corriente (mA/cm2)EspecímenesSemana 66 ensolución con3.5% de Na2SO4 4R1S 4R2S 4R3S 4R4S 6R1S 6R2S6R3S 6R4S Figura 8. Curvas Rp semana 66 de exposición en solución Na2SO4  Scientia et Technica Año XIII, No 36, Septiembre de 2007. Universidad Tecnológica de Pereira.  357 Especimenes  E corr (mV) Rp ohms icorr (mA/cm2) 4R1S -162 375722.00 0.00007 4R2S -115 14517.09 0.00180 4R3S -103 12431.10 0.00201 4R4S -129 5120.87 0.00509 6R1S -189 420975.60 0.00006 6R2S -166 14547.29 0.00180 6R3S -186 16775.02 0.00156 6R4S -198 10854.37 0.00240 Tabla 4. Parámetros electroquímicos figura 8   4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES  Los potenciales de corrosión de los especimenes de relación a/c=0.65 con acero 1018 y expuestos a cloruros presentan 90% de probabilidad de corrosión.  La velocidad de corrosión en los especimenes con acero 1018 y expuestos a cloruros presentaron valores de cinética de corrosión en los de relación a/c = 0.65 de hasta 150 veces mayores que los de los especimenes con acero 304, y de 30 veces en los de relación 0.45.  En los especimenes con acero 1018 se observó una influencia determinante de la relación agua/cemento, tanto en los potenciales de corrosión como en las curvas de Rp, presentando un mejor comportamiento contra la corrosión los especimenes de relación agua/cemento = 0.45.  Todos especimenes expuestos en sulfatos presentaron potenciales de corrosión más nobles (positivos), por arriba de  -200 mV, lo que la norma ASTM 876 indica como un 10% de ocurra corrosión. No se observó influencia determinante de la relación agua/cemento.  La velocidad de corrosión en los especimenes con acero 1018 y expuestos a sulfatos presentaron valores de cinética de corrosión tanto en los de relación a/c = 0.65 y 0.45 de hasta 25 veces mayores que los de los especimenes con acero 304.  El acero inoxidable 304 como acero de refuerzo en concreto expuesto a cloruros y sulfatos como medios agresivos presenta una  resistencia a la corrosión muy superior al acero 1018 comúnmente utilizado en las estructuras de concreto.   Se recomienda el uso inteligente del acero inoxidable en los elementos mas susceptibles a la corrosión de estructuras como puentes, muelles que estarán en contacto con medios altamente agresivos, como serían las zonas costeras, suelos contaminados, zonas industriales entre otros.    REFERENCIAS  1) Li, C.Q., Melchers, R.E., Lawanwisut, W. Magazine of Concrete Research; Vol. 57,2005 , p557 2) Trejo. D., Monteiro. P. and Gareth. 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Panarese, “Diseño y Control de Mezclas de Concreto”, IMCYC 1992, pp. 91-95. 10) Baltazar M.A., “Corrosión por Sulfatos en Concreto Reforzado”, U.A.CH, 2000. 11) Uruchurtu, Ch.J., Malo, M.J. y García O.E. “Técnicas Electroquímicas aplicadas al control y seguimiento de la corrosión”. IMICORR. México, D.F. 1990. 12) Ibidem 10, pp. 54-55 13) Standard Test for Half-Cell Potentials of Uncoated Reinforcing steel in Concrete, Annual Book of ASTM  Standars, C876-91, Vol. 04.02, Philadelphia (1992). 14) Inchaurza, A.,  Aceros Inoxidables y Aceros Resistentes al Calor, Propiedades, Transformaciones y Normas, LIMUSA, pp. 227-228. 

Corrosión del acero inoxidable 304 como refuerzo en concreto expuesto a cloruros y sulfatos

It�s evaluated the corrosion of 304 stainless steel and steel 1018, embedded in
elaborated specimens of concrete on the basis of norms ASTM C470-87 and
C192-81. Were elaborated concrete of ration a/c, 0,45 and 0.65 . The specimens
were exposed 66 weeks in two aggressive means, solutions to 3,5% of NaCl and
3,5% of Na2SO4. The evaluation was made by the technique of Resistance to the
Polarization (Rp), measurement of the corrosion potential (Ecorr) in agreement
norm ASTM C-876-91. The results far beyond demonstrate a resistance to the
corrosion of steel 304 in both means the one steel 1018.Se evaluó la corrosión del acero inoxidable 304 y el acero 1018, embebidos en
especimenes de concreto elaborados en base a las normas ASTM C470-87 y
C192-81. Se elaboraron concretos de relación a/c, 0.45 y 0.65. Los especimenes
estuvieron expuestos 66 semanas en dos medios agresivos, soluciones al 3.5 %
de NaCl y 3.5% de Na2SO4. La evaluación fue mediante la técnica de
Resistencia a la Polarización (Rp), medición del potencial de corrosión (Ecorr),
norma ASTM C-876-91. Los resultados demuestran una resistencia a la
corrosión del acero 304 en ambos medios muy superior a la del acero 1018

Almeraya C., Facundo

Borunda Terrazas, Adán

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Corrosión del acero inoxidable 304 como refuerzo en concreto expuesto a cloruros y sulfatos.

Universidad Tecnológica de Pereira: Open Journal Systems

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Corrosión del acero inoxidable 304 como refuerzo en concreto expuesto a cloruros y sulfatos

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