COrrosión del concreto reforzado y DEgradación de sus propiedades MEcánicas (CODE_MEC2): Etapa 2 Estudio experimental y modelación computacional de la carbonatación y corrosión del concreto reforzado. Código: 1490020

Abstract

En el sector civil de la construcción, el concreto y el refuerzo metálico representan aun los materiales de mayor importancia, aunque sean muy vulnerables por los agentes atmosféricos. El estudio de la carbonatación del concreto por causa del gas CO2, que permea su matriz porosa y eventualmente fracturada, es un requisito fundamental para establecer la probabilidad que el concreto se degrade, que el refuerzo metálico enfrente mecanismos de corrosión y para evaluar finalmente la durabilidad de la estructura civil. El grado de carbonatación del concreto puede indicar existencia de corrosión en la región de la varilla de refuerzo y así degradación de las propiedades mecánicas del material y globalmente de la estructura. Este proyecto ha representado la segunda etapa de la hoja de ruta asociada a la investigación. En el marco del proyecto se ha desarrollado un trabajo de modelación computacional y aplicando técnicas experimentales para estudiar el proceso de carbonatación y corrosión del concreto reforzado. En particular, se han llevado a cabo ensayos en cámara de carbonatación acelerada, estudios sucesivos de las muestras carbonatadas aplicando diversos métodos de caracterización, pruebas electroquímicas de los refuerzos corroídos y ensayo de tipo no destructivos. Respecto del trabajo de modelación se han simulado, inicialmente, casos generales de corrosión de varillas constituidas por diferentes metales o de un solo material y otros correspondientes a un sistema de protección catódica. Respecto de los resultados alcanzados con el proyecto, se han revisado los mecanismos físico-químicos del proceso de carbonatación y corrosión del concreto reforzado y los factores controlantes, los métodos experimentales asociados y la modelación computacional. Mediciones de la profundidad de carbonatación han sido efectuadas con fenolftaleína y más eficazmente con las técnicas DRX y TGA, por otro lado, los ensayos electroquímicos han relacionado la profundidad de carbonatación con la tendencia a generar potenciales eléctricos más negativos y han brindado los valores de corrientes de corrosión en las varillas del refuerzo. Resultados de caracterizaciones con GS han evidenciado cambios de la atenuación de la radiación gamma a lo largo de muestras de cemento hidráulico con refuerzo metálico, requiriendo análisis más específicos para la interfaz metal-cemento hidráulico. El modelo preliminar ha sido completado, incorporando datos cinéticos experimentales de las reacciones electroquímicas de los electrodos, estimando las corrientes de intercambio anódico y catódico y ha sido sucesivamente usado para simular la corrosión de las varillas metálicas del concreto reforzado.

In the construction field, the concrete and the steel bars represent still the key components, although they are very vulnerable by the atmospheric agents. The study of the concrete carbonation, due to the CO2 which permeates the porous and fractured structure of the concrete, is a fundamental issue for establishing conditions of the concrete degradation. In the same time the carbonation controls the reinforcing bar corrosion and the durability of the whole civil structure. The value of the concrete carbonation may show existence of corrosion around the reinforcing bar, denote deterioration of the mechanical properties of the material and finally of the structure. This project is the second step of the route map associated to our investigation. In this research project, we have developed a computational work and applied experimental techniques to investigate the carbonation and corrosion process of the reinforced concrete. Particularly, we have carried testing with an accelerated carbonation chamber, characterization of the carbonated samples using several experimental methods, electrochemical measurements of the corroded bars and no destructive evaluations. Concerning the computational work, at the beginning, general corrosion examples have been simulated, for bars made with one or more metals or other cases of cathodic protection systems. Important outcomes of the project are, the review of physical mechanisms and controlling factors of the carbonation and corrosion process, the associated experimental techniques and computational methods to investigate them. Magnitudes of carbonation depths has been obtained by phenolphthalein test and more efficiently by DRX and TGA measurements, after that the electrochemical measurements have shown the relationship between carbonation and inclination to negative electrical potentials and given the corrosion current values in the reinforced bars. GS no destructive testing have highlighted gamma ray attenuation in a mortar with a metallic bar, suggesting the need of more specific measurements along the mortar-metal interface. Finally, the preliminary model has been completed by incorporating experimental kinetic data of the electrochemical electrode reactions and by computing the anodic and cathodic exchange currents, and then used to simulate the corrosion of the concrete reinforcing bars.