Mitigar la corrosión del acero de refuerzo pretratando las barras en soluciones ricas en iones fosfato

Resumen

La corrosión de los refuerzos de acero en las estructuras de hormigón armado es un problema frecuente, particularmente en regiones cercanas a la costa del mar (Marcos-Meson et al., 2018). El hormigón, al ser un material poroso, permite que los iones cloruro lleguen al acero, comprometan su pasividad y provoquen corrosión localizada. En este trabajo se busca desarrollar una película protectora sobre acero usando inmersiones en soluciones ricas en iones fosfato (Yohai et al., 2013, 2016a, 2016b).

Se prepararon electrodos cortando discos de acero de construcción que se incluyeron en tubos de cloruro de polivinilo (PVC) utilizando resina epoxi de curado rápido. El área geométrica expuesta resultó ser de 0,50 cm2. La composición del acero utilizada es: Mn 0,635 % m/m, C 0,299 % m/m, Si 0,258 % m/m, Cu % m/m y 0,245 % m/m de impurezas. La performance del acero se evaluó en una solución simuladora de poro (SSP) que representa un hormigón de buena calidad contaminado con iones cloruro. La composición de SSP fue KOH 0,08 mol/L, NaOH 0,02 mol/L y Ca(OH)2 0,001 mol/L y pH final 13. Para evaluar el efecto del ion cloruro se agregó 0,3 mol/L de NaCl (SSP-Cl). Se utilizó una celda convencional de tres electrodos, con electrodo auxiliar de Pt y referencia de Hg/HgO/ KOH 0.1 mol/L. 

Se realizaron dos fosfatizados a potencial libre, sobre electrodos pulidos con lija hasta granulometría 1000: uno en medio ácido (pretratamiento A) y otro en medio básico (pretratamiento B). El pretratamiento A consistió en una inmersión de los cupones en una solución conteniendo H3PO4 0.2 mol/L, NaNO2 0,0025 mol/L, Zn(NO3)2 0,08 mol/L y Ca(NO3)2 0,04 mol/L (pH 2,3) (Ramanauskas et al., 2015). La inmersión se realizó a 55°C durante 10 minutos, y luego la superficie se enjuago con agua destilada. El pretratamiento B se realizó en una solución 0,3 mol L-1 Na3PO4 (pH 13). La inmersión se realizó a 25°C durante 24 h.

Luego las superficies pretratadas fueron expuestas 2 h a SSP-Cl y en esta misma solución se desarrollaron los ensayos electroquímicos. Las técnicas utilizadas para el análisis fueron ensayos de pérdida de peso durante 60 días, resistencia a la polarización, curvas de polarización anódicas e impedancia electroquímica. Los productos de corrosión y la película pasiva se evaluaron mediante espectroscopia Raman. 

Luego del fosfatizado ácido (A) se observan valores de Rp inferiores a 50 kΩ cm2, corrientes de pasividad altas y potenciales de picado bajos. A tiempos largos, se detectan pérdidas de peso elevadas, con porcentajes de inhibición inferiores al 5%. En contraste, cuando la película pasiva formada en medio básico (pretratamiento B) se expone al efecto de los iones cloruro, presenta valores de Rp mayores a 100 kΩ cm2. La corriente de pasividad disminuye 3 órdenes de magnitud y el potencial de picado aumenta más de 500 mV hacia valores nobles. La impedancia total aumenta casi dos órdenes de magnitud. La pérdida de peso disminuye notablemente, tal que índice de inhibición presenta un valor cercano al 80%. Los espectros Raman de los productos de corrosión luego de 60 días de exposición no muestran evidencia de la participación de fosfatos.

Los resultados indican que el pretratamiento con iones fosfato en medio alcalino genera una capa pasiva compacta y resistente, cuya composición deberá ser estudiada en más detalle. Los resultados obtenidos en solución simulada de poro son prometedores. Se prevé avanzar en la investigación utilizando morteros y hormigón a fin de optimizar un tratamiento que permita proteger acero de refuerzo en hormigón expuesto a ambiente marino.