El umbral de cloruros para despasivar al acero de refuerzo no es único, y su valor depende de una cantidad de variables. Desde varios años atrás se han hecho trabajos para encontrar este valor bajo determinadas condiciones y materiales, encontrándose rangos entre los cuales se mueve. Además de las variables de las cuales depende, el criterio para extraerlo también influye en lo reportado. En este trabajo se presenta una breve descripción de las variables de las que depende el umbral, de los criterios que se siguen para obtenerlo y se comentan algunos resultados de la literatura. Se hace énfasis en los resultados de umbrales obtenidos en el clima tropical marino del Norte de Yucatán, México, de los cuales se describe la metodología que se usó para obtenerlos. El umbral de cloruros para este ambiente, procedente de concretos de diferentes calidades, expuestos frente al mar, se situó entre 0.54 y 3.13% por peso de cemento.

Pedro Castro Borges*

El acero de refuerzo embebido en concreto se despasiva cuando una cantidad determinada de cloruros se hace presente en su superficie. La relación Cl-/OH- es un parámetro muy aceptado para tomar en cuenta el inicio de la corrosión pues sopesa la acción de los cloruros que son despasivantes con la de los OH- que permiten mantener pasivo al acero (1 ). Hausmann (1) y Gouda (2 ) fueron los primeros en identificar un valor de 0.6 en disoluciones simulando la solución de los poros del concreto. Sin embargo, debido a la dificultad que representa en ocasiones la medición de los OH-, se suelen utilizar también otros parámetros como los cloruros totales o libres para expresar el riesgo de corrosión.
De hecho, trabajos recientes (3 han encontrado ventajas considerables al usar los cloruros totales para evaluar el riesgo de corrosión.
El umbral límite de cloruros para despasivar al refuerzo depende de varios factores como: a) la dosificación del concreto,
b) la temperatura,
c) la humedad relativa (HR),
d) el pH de la solución del poro,
e) el contenido de agua,
f) la proporción de cloruros solubles (4 ),
g) el contenido de aluminato tricálcico en el cemento
C3A (5 ),
h) la fuente del cloruro (6 )
i) la fuerza iónica de la solución
(7 ), y j) la resistividad del material, entre otros.
Criterios que se siguen para obtener el umbral
El uso de uno u otro criterio para la despasivación podría causar pequeñas pero significativas diferencias en el umbral obtenido.
Por eso, es importante que al momento de comparar resultados entre varios autores se tenga en cuenta que las diferencias encontradas pudiesen estar influenciadas por estos factores.
Resultados de la literatura Siempre es importante conocer como se han encontrado los umbrales reportados, pero también es importante conocer si el umbral reportado es obtenido en soluciones acuosas, en morteros o en concreto pues la experiencia demuestra que pueden haber diferencias.
La Figura 1 muestra promedios de umbrales de varios autores como fueron reportados en la referencia (17).
Se puede apreciar fácilmente como, para diversas condiciones, los promedios de los umbrales pueden cambiar en función de su procedencia (solución, mortero o concreto).

Un ejemplo de cómo pueden variar los umbrales dependiendo del material o forma de detectarlos se puede ver en la Tabla 1, reportada tal cual de la referencia 17.
Para climas tropicales marinos como el del Norte de la Península de Yucatán no se habían reportado suficientes datos hasta hace poco.
Las referencias 18 y 19 muestran datos de umbrales obtenidos frente al mar utilizando como criterio la velocidad de corrosión instantánea pues ésta fue constante a partir de cierto tiempo de exposición.
Sin embargo, también se calcularon los umbrales utilizando los valores promedio y, como se discute abajo, éstos últimos fueron más consistentes.

Metodología Experimental

Cada tres meses se cortaba una rodaja de los cilindroa de concreto simple y se barrenaba a diferentes profundidades para obtener polvos de los cuales se extraerían los cloruros a través de un ion selectivo.

La barra de refuerzo tenía un diámetro de 0.95 cm que era pesada entes de embeber en el concreto tal como venía de la fábrica. Se le aplicaba un recubrimiento epoxy y una cinta de aislar para limitar la parte que se deseaba exponer.
Entre el concreto y la superficie del refuerzo se colocaba una barra de titanio activado (BTA) que serviría como electrodo de referencia (ER) durante las mediciones de corrosión.
Este electrodo era calibrado constantemente contra un electrodo de calomel saturado (ECS) (20 ).
El contraelectrodo (CE) lo constituía un elastómero conductor de 15 mm de ancho que iba de extremo a extremo de la probeta (21 ).
El esquema tanto de la probeta como de la celda para las mediciones de corrosión ha sido publicado varias veces (20, 21, 22 ) y se muestra en las Figuras 2 y 3.
Se midió la velocidad instantánea de corrosión (icorr) usando la técnica de la Resistencia a la Polarización lineal (Rp) a una velocidad de barrido de 0.06 mV/s.
En la literatura se pueden consultar más detalles acerca del procedimiento experimental (22).
El criterio para considerar la barra despasivada fue cuando la velocidad promedio de corrosión se situaba entre 0.1 y 0.2 mA/cm2 (23 ).
Se hizo un análisis de cloruro antes de la exposición y a 6, 13, 24 y algunas veces 45 meses de exposición.
Se obtuvo la velocidad de corrosión promedio (imedia) como en otros trabajos (7, 17) a esas edades y se graficó en contra del contenido de cloruros.
Se dibujó una linea de tendencia para cada caso y se hizo la extrapolación respectiva del contenido de cloruro a 0.1 y 0.2 mA/cm2, obteniéndose de esta manera los umbrales.

La resistividad promedio aparente (rmedia) era obtenida cada vez que se hacía una determinación de cloruros.

Resultados

La Figura 4 muestra una gráfica de imedia vs cloruros para una relación a/c de 0.76 y especímenes a 50 m de la playa.

Se encontró una tendencia similar a las presentadas en las referencias 6 y 7.

Se obtuvieron datos similares para las demás relaciones a/c probadas y la Tabla 2 resume los umbrales para cada una a 50 m del mar.

En general, a mayor relación a/c, umbral más bajo con la única excepción de la relación a/c de 0.46 que se discute mas adelante.

Las ecuaciones y los coeficientes de regresión, R, fueron similares a los obtenidos en otras investigaciones (7, 17) y se pueden ver en la Tabla 3.

Discusión
Las relaciones a/c conducen a permeabilidades bajas y por lo tanto a concretos mas durables.
Durante la exposición al clima tropical marino, el concreto es expuesto a temperaturas que varian entre 23° C y 32° C así como a humedades relativas (HR) entre 48% y 94%.
Dependiendo de la calidad del concreto, la humedad tendrá una determinada influencia en la rmedia.
Por ejemplo, las partes internas de los concretos más densos permanecerán húmedas durante más tiempo que las otras más superficiales, a pesar de estar expuestas a las mismas condiciones atmosféricas (ciclos de secado y mojado) y, por lo tanto, deben tener una menor rmedia como se vé en la Tabla 4.

Por otra parte, los cloruros alcanzarán el refuerzo mas fácilmente en concretos porosos que estén expuestos a ciclos de humectación y secado.
Por lo tanto, se esperaría tener umbrales de cloruro mas elevados para las relaciones a/c bajas que para las altas.
Esto es incluso debido a que en ambientes saturados, como podrían ser las partes internas del concreto mas denso donde el agua se evapora con mayor lentitud, hay una carencia de oxígeno que promovería la reacción catódica.
Por lo tanto, el cloruro se acumula junto a la barra hasta que hay oxígeno en cantidad suficiente para catalizar la reacción de corrosión.
Estas son las razones posibles por las que a mayor relación a/c menor umbral en concretos expuestos a 50 m de la orilla del mar.
Por otro lado, la única excepción la constituyó la relación a/c de 0.46.
Estos concretos fueron colados de acuerdo a las tradiciones locales para concretos hechos a mano, o sea que no se utilizaron superplastificantes, y el análisis granulométrico demostró un exceso de finos.

Así que hubo la posibilidad de que esta relación a/c no se curara adecuadamente, y por lo tanto que fuera ligeramente más permeable que la anterior.
Se tienen programadas algunas pruebas para demostrar esto al final de la exposición. Los umbrales de cloruros que se reportan aquí estuvieron en el rango de 0.54% a 3.13% coincidiendo con los encontrados por otros autores que usaron los mismos métodos para obtener los umbrales pero que utilizaron morteros estandarizados (17).
En estos morteros los umbrales se situaron entre 1.24% y 3.08%.
Entonces, los umbrales encontrados aquí estuvieron en el mismo que los reportados bajo diferentes condiciones y usando los mismos métodos.

Conclusiones

En este paper se presentó una breve descripción de las variables de las que depende el umbral, de los criterios que se siguen para obtenerlo y se comentaron algunos resultados de la literatura.

Después de un cierto número de años de exposición al ambiente tropical marino, el umbral de cloruro para concretos con cemento Portland mostró estar en dependencia de la calidad del concreto.

Las conclusiones principales a las que se llegó fueron las siguientes:
a) El umbral de cloruro fluctuó entre 0.54 y 3.13% por peso de cemento para relaciones a/c entre 0.76 y 0.46.
b) En general, en frente del mar a 50 m de la orilla de playa, a mayor relación a/c menor umbral de cloruros para producir corrosión.

Referencias

1 D. A. Hausmann, "Steel corrosion of concrete. How does it ocurrs?", J. of Materials Protection, 6 (19) (1967) 19-23.
2 V. K. Gouda, "Corrosion and corrosion inhibition of reinforcing steel", British Corrosion Journal, 5 (1970) 198-203.
3G. K. Glass, N. R. Buenfeld, "Chloride thresholds levels for corrosion induced deterioration of steel in concrete", Proceedings International RILEM Workshop, Saint Remy Les Cherreuse, France, 15-18 Octubre, 1995.
4 M. Funahashi, "Predicting service life in a chloride environment", ACI Materials Journal, 87 (1990) 581-587.
5 Rasheduzzafar, S. S. al-Saadoun, A. S. Al Gahtani and F. H. Dakhil, "Effect of tricalcium aluminate content of cement on corrosion of reinforcing steel in concrete", Cement and Concrete Research, 20 (5) (1990) 723-738.
6 C. Alonso, C. Andrade, M. Castellote, P. Castro, "Valores críticos de cloruros para despasivar aceros de refuerzo embebidos en un mortero estandarizado de cemento Portland", IV Congreso Iberoamericano de Patología de las Construcciones, 21-24 Octubre de 1997, Puerto Alegre, Brasil, Vol. 2, 555-562.
7 S. Goñi, C. Andrade, "Shynthetic concrete pore solution chemistry and rebar corrosion rate in the presence of chlorides", Cement and Concrete Research, 20 (4) (1990) 525-539.
8 M. D. A. Thomas, J. D. Mathews, C. A. Haynes, "Chloride diffusion and reinforcement corrosion in marine exposed concrete containing PFA" en Corrosion of Reinforcement in concrete, Elsevier Applied Science, Warwickshire, UK, 1990, pp. 198.
9 B. B. Hope, A. K. C. Ip, "Chloride corrosion threshold in concrete", ACI Materials Journal, 84 (4) (1987) 306-314.
10 K. Peterson, "Chloride threshold value and the corrosion rate in reinforced concrete" in R. N. Swamy (Ed), Corrosion and Corrosion Protection of Steel in Concrete, Sheffield Academic Press, Sheffield UK, 1994, pp. 461-471.
11 P. Lambert, C. L. Page, P. R. W. Vassie, "Investigation of reinforcement corrosion. Electrochemical moniyoring of steel in chloride-contaminated concrete", Materials and Structures, 24 (143) (1991) 351-358.
12 K. Petterson, "Corrosion threshold value and corrosion rate in reinforced concrete", CBI Report 2:92, Swedish Cement and Concrete Research Institute, Stockholm, Sweden, 1992.
13 P. Schiessel, W. Breit, "Local repair measures at concrete structures damaged by reinforcement corrosion. Aspects of durability" en Corrosion of Reinforcement in Concrete Construction, SCI. Cambridge, 1996, pp. 525-534.
14 C. Andrade, C. L. Page, Pore solution chemistry and corrosion in hydrated cement systems containing chloride salts; a study of cation specifics effects", British Corrosion Journal, 21 (1) (1986) 49-53.
15 C. M. Hansson, B. Sorensen, "The threshold concentration of chloride in cconcrete for the initiation of reinforcement corrosion" en N. Berke, V. Chaker, D. Whiting (Eds), Corrosion Rates of Steel in Concrete, American Society for Testing and Materials STP 1065, Philadelphia, 1988, pp. 3-16.
16 V. K. Gouda, W. Y. Halaka, "Corrosion and corrosion inhibitio of reinforced steel II", British Corrosion Journal, 5 (1970) 204-208.
17 C. Alonso, C. Andrade, M. Castellote, P. Castro, "Chloride threshold values to depassivate reinforcing bars embedded in a standardized OPC mortar", Cement and Concrete Research, aceptado en 2000.
18 P. Castro, "The chloride threshold for corrosion onset of reinforced concrete in the tropical marine climate of Yucatán, México", 49th annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, Kitakyushu, Japan, 13-18 Septiembre 1998, pp. 551
19 P. Castro, "Corrosion performance of reinforced concrete in the tropical marine climate of Yucatán, México", International Symposium on Electrodeposition and Corrosin Science at Kyushu Institute of Technology, Kitakyushu, Japan, 16-19 Septiembre 1998, pp. 43-45.
20 P. Castro, A. Sagüés, E. I. Moreno, L. A. Maldonado, J. Genescá, "Characterization of activated titanium solid reference electrodes for corrosion testing of steel on concrete", Corrosion, 52 (8) (1996) 609-617.
21 M. A. Pech-Canul, A. A. Sagüés, P. Castro, "Influence of counter electrode positioning on the solution resistance in impedance measurements of reinforced concrete", Corrosion, 54 (8) (1998) 663-667.
22 P. Castro, "The atmospheric corrosion performance of reinforced concrete in the Peninsula of Yucatán, México. A review", Corrosion Reviews, 17 (5) (1999) 333-382.
23 J. A. González, S. Algaba, C. Andrade, "Corrosin of reinforcing bars in carbonated concrete", British Corrosion Journal, 15 (3) (1980) 135-139.
24 K. H. Petterson, "Factors influencingt chloride-induced corrosion of reinforcement in concrete" en C. Sjostrom (Ed), Durability of Building Materials and Components 7 (volume 1), Chapman and Hall, Londres, 1996, 334-341.
25 O. A. Kayyali, M. N. Haque, "The ratio of Cl-/OH- in chloride contaminated concrete-a most important criterion", Magazine of Concrete Research, 47 (172) (1995) 235-242.
26 S. E. Hussain, Rasheduzzafar, a. Al-Musallam, A. S. Al-Gahtani, "Factors affecting threshold chloride for reinforcement corrosion in concrete", Cement and Concrete Research, 25 (7) (1995) 1543-1555.
27 M. Thomas, "Chloride thresholds in marine concrete", Cement and Concrete Research, 26 (4) (1996) 513-519.

Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C.
Revista Construcción y Tecnología
Enero 2001
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