Método y dispositivo para la determinación de coeficientes de migración de cloruros en hormigones parcialmente saturados de agua.

Dispositivo y método para la determinación de coeficientes de migración de cloruros que comprende un primer gel conductor iónico que consta de una matriz de NaCl (2,

22); donde dicho primer gel iónico está en contacto con una probeta de hormigón de ensayo (3, 23) y está conectada a través de un electrodo (1, 21) con el polo negativo de una fuente de alimentación eléctrica; y donde el circuito eléctrico se cierra con un segundo gel conductor iónico con matriz de NaNO3 (4, 24) conectándose a través de un segundo electrodo (1, 21) al polo positivo de la fuente de alimentación. Una disposición similar, con sustitución del ión en la matriz por otros iones de diferente naturaleza, permite introducir y facilitar el desplazamiento de especies a través del hormigón con otros fines, siendo un ejemplo la incorporación de inhibidores catiónicos.

Objeto de la invención La presente invención está referida a la aplicación de geles conductores, con matriz de cloruro sódico (NaCI) como reservorio de cloruros (CI") y de nitrato sódico (NaN03) , en ensayos de migración para evaluar el frente de avance de iones cloruros utilizado en la determinación del coeficiente de difusión de hormigones saturados y parcialmente saturados de agua. La presente invención se encuadra en el campo de la construcción, y más particularmente se refiere a la durabilidad del hormigón y ensayos para su estimación. La sustitución del ión en la matriz por otros iones de diferente naturaleza permite, además, introducir y facilitar el desplazamiento de especies a través del hormigón con otros fines, siendo un ejemplo la incorporación de inhibidores catiónicos.

Estado de la técnica

Toda estructura de hormigón debe proyectarse de forma que el deterioro a lo largo de la vida de servicio no afecte a la seguridad y funcionalidad definidas en el proyecto, teniendo en cuenta el uso, las acciones físicas, químicas y biológicas a las que va a estar sometida y las acciones de mantenimiento previstas. Para ello, es necesario adoptar una estrategia de comprobación de la durabilidad del hormigón, tal y como describe la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE08) [Instrucción de Hormigón Estructural, Comisión Permanente del Hormigón, Ministerio de Fomento, Madrid, 2008].

La estimación de la durabilidad está basada en la aplicación de diferentes métodos de valoración de la evolución del comportamiento de la estructura en los cuales se considera el tiempo de vida útil de forma implícita o explícita. Uno de estos métodos de valoración es la determinación del coeficiente de difusión del ión cloruro usado como parámetro en el cálculo del tiempo estimado de vida útil. El cálculo del coeficiente de difusión empleando técnicas de difusión natural es un método muy extendido. Entre ellas se encuentran las conocidas como de "ponding", MSHTO T 259 [AASHTO T 259. Standard Method of Test for Resistance of Concrete to Chloride Ion Penetration, American Association of State Highway and Transportation Officia/s, Washington, OC, 2002] YASTM C1543 [ASTM C1543 -10a Standard Test Method for Determining the Penetration of Chloride Ion into Concrete by Ponding, ASTM Intemational, West Conshohocken, PA, 2010] Y las de inmersión, NT Build 443 [NT BUlLO 443. Accelerated Chloride Penetration, Finland, 1995]. Sin embargo dos problemas que presentan estas técnicas son el elevado tiempo que consumen y que deben ser llevadas a cabo en un medio saturado.

Para acelerar los procesos de difusión de los iones cloruro en la matriz de hormigón se emplean técnicas basadas en la aplicación de una corriente eléctrica que fuerza a estos iones a penetrar en el hormigón. Estas técnicas se conocen con el nombre de "técnicas rápidas de permeabilidad al ión cloruro" [Whiting, D., "Rapid Determination of the Chloride Permeability of Concrete, " Final Report No. FHWA-RD-81/119, Federal Highway Administration, Aug. 1981]. Entre ellas se encuentran las estandarizadas MSHTO T277 [AASHTO T277-05. "Standard Method of Test for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration", American Association of State Highway and Transportation Officia/s, Washington, OC, 2005], ASTM C 1202 [ASTM C1202-05, "Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration", ASTM Intemational, West Conshohocken, PA, 2005] NT Build 355 [NT Build 355, Chloride Diffusion Coefficient from Migration Ce" Experiments, Finland 1997] y otras como la NT Build 492 [NT Build 492, Chloride Migration Coefficient From Non-Steady-State Migration Experiments, Espoo, Finland 1999] y MSHTO TP 64 [AASHTO TP 64, Standard Method of Test for Predicting Chloride Penetration of Hydraulic Cement Concrete by the Rapid Migration Procedure, American Association of State Highway and Transportation Officia/s, Washington, OC, 2003].

Sin embargo todas estas técnicas presentan la misma restricción. Deben ser llevadas a cabo en probetas de hormigón totalmente saturadas puesto que el contacto de las disoluciones conductoras con una matriz de hormigón insaturada podría dar lugar a otros mecanismos de transporte.

Descripción de la invención La presente invención está referida a la aplicación de geles conductores con matriz iónica como reservorio de cloruros (CI") frente a otro gel conductor exento de CI" con igual conductividad en ensayos de migración para determinar el frente de avance de cloruros utilizados en la estimación del coeficiente de difusión iónico de hormigones saturados y parcialmente saturados de agua. Gracias al método de la invención es posible eliminar, en la medida de lo posible, las restricciones descritas en el estado de la técnica en cuanto al contenido de humedad del hormigón.

Por tanto, y gracias a la invención, es posible obtener un frente de avance de cloruros útil en el estudio de coeficientes de migración en estado no estacionario en hormigones saturados, pero también en hormigones parcialmente saturados de humedad debido a que el contacto se lleva a cabo con geles, evitando en gran medida otros mecanismos de transporte y modificaciones superficiales de la humedad. Además, permite trabajar en un entorno menos restrictivo y más cercano a la realidad. Finalmente, se evitan problemas de estanqueidad derivados del uso de disoluciones líquidas.

Como se ha indicado anteriormente, existen numerosos métodos para la determinación del coeficiente de migración en estado no estacionario empleando diversas técnicas de migración. No obstante, en ninguno se describe la estimación del coeficiente de difusión en hormigones parcialmente saturados de humedad.

Más concretamente, en un primer aspecto de la invención el dispositivo de ensayo de migración que comprende un gel conductor iónico como reservorio de cloruros en ensayos de migración y que se caracteriza porque comprende un primer gel conductor iónico que consta de una matriz con iones cr (ej. NaCl) y un compuesto aglutinante en proporciones adecuadas para su empleo como reservorio de cloruros; donde dicho primer gel iónico está en contacto con una de las caras de una probeta de hormigón de ensayo y está conectada a través de un electrodo con el polo negativo de una fuente de alimentación eléctrica; y donde el circuito eléctrico se cierra con un segundo gel conductor iónico exento de cr (ej. NaN03) con la misma conductividad iónica que el primer gel iónico en contacto con la cara opuesta de la probeta de hormigón de ensayo conectándose a través de un segundo electrodo al polo positivo de la fuente de alimentación.

En el dispositivo se puede sustituir uno de los electrodos reseñados por una de las barras de acero embebidas en el hormigón, armado o pretensado, para la aplicación del método en estructuras reales en servicio o probetas que las simulen.

Del mismo modo los geles conductores pueden contener cualquier especie iónica adecuada para su utilización en ensayos de migración iónica o cualquier otro proceso que implique inserción o extracción de especies iónicas en el hormigón.

En un segundo aspecto de la invención, el método de ensayo de migración con aplicación de geles conductores como reservorios de cloruros implementado en el dispositivo descrito comprende la aplicación de geles conductores como reservorios de cloruros en ensayos de migración como sustitutivos de las disoluciones empleadas en los métodos normalizados actuales y que se caracteriza porque en el polo negativo de la fuente de alimentación se conecta un electrodo; y donde el electrolito a migrar se aporta a través de un gel conductor que contiene NaCI en concentración conocida y suficiente en una matriz gelificada en contacto con una primera cara de una probeta de ensayo, mientras que en la cara opuesta de la probeta de hormigón se encuentra un gel conductor de NaN03 en una matriz gelificada junto con un segundo electrodo; de tal forma que el electrodo en contacto con el gel de NaCI se encuentra conectado al polo negativo de una fuente de alimentación, mientras que el electrodo en contacto con el gel de NaN03 se encuentra conectado al polo positivo de la fuente de alimentación; y donde tras la conexión se aplica una diferencia de potencial eléctrico constante, de tal forma que se fuerza a los aniones contenidos en el gel NaCI a pasar a través del hormigón sometido a ensayo, obteniendo un frente de cloruros adecuado para establecer el coeficiente de migración del hormigón.

La sustitución del ión cloruro en la matriz por iones adecuados de diferente naturaleza permite introducir y facilitar el desplazamiento de estas especies a través del hormigón. La reología...

1. Dispositivo para la determinación de coeficientes de migración de cloruros que incluye geles conductores iónicos como reservorios y que se caracteriza porque comprende un primer gel conductor iónico que consta de una matriz de un compuesto capaz de aportar cr (2, 22) junto con un compuesto aglutinante; donde dicho primer gel iónico está en contacto con una de las caras de una probeta de hormigón de ensayo (3, 23) y está conectada a través de un electrodo (1, 21) con el polo negativo de una fuente de alimentación eléctrica; y donde el circuito eléctrico se cierra con un segundo gel conductor iónico exento de cr (4, 24) con la misma conductividad eléctrica que el primer gel iónico y en contacto con la cara opuesta de la probeta de hormigón de ensayo (3, 23) conectándose a través de un segundo electrodo (1, 21) al polo positivo de la fuente de alimentación.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el electrodo (1) es de malla conductora de 70 mm de diámetro (1) ; y donde el primer gel conductor iónico comprende una matriz de NaCI de 15 mm de espesor (2) y el segundo gel conductor iónico comprende una matriz de NaN03 de 15 mm de espesor (4) .

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 que consta de dos electrodos en forma de disco de 70 mm de diámetro (21) ; un segundo gel conductor con matriz de NaCI (22) de 15 mm de espesor y el mismo diámetro que los electrodos (21) ; y donde la probeta de hormigón sometida a ensayo (23) es de espesor comprendido entre 50 Y 100 mm de diámetro; y donde el segundo gel conductor iónico con matriz de NaN03 (24) es de un espesor de 15 mm y diámetro equivalente al de los electrodos (21) .

4. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en donde los electrodos (1, 21) están embebidos en los geles iónicos (2, 22, 4, 24) .

5. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en donde los electrodos (1, 21) están en contacto superficial con los geles iónicos (2, 22, 4, 24) .

6. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde tanto los electrodos (1, 21) como los geles (2, 22, 4, 24) presentan el mismo diámetro, siendo éste inferior al de la probeta ensayada (3, 23) .

7. Método para la determinación de coeficientes de migración de cloruros, con aplicación de geles conductores como reservorios de cloruros, implementado en un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende la aplicación de geles conductores como reservorios de iones en ensayos de migración como sustitutivos de las disoluciones empleadas en los métodos normalizados actuales y que se caracteriza porque en el polo negativo de la fuente de alimentación se conecta un electrodo (1, 21) ; Y donde el electrolito a migrar se aporta a través de un gel conductor de NaCI (2, 22) en una matriz gelificada en contacto con una primera cara de una probeta de ensayo (3, 23) , mientras que en la cara opuesta de la probeta de hormigón se encuentra un gel conductor de NaN03 en otra matriz gelificada, junto con un segundo electrodo (1, 21) ; de tal forma que el electrodo en contacto con el gel de NaCI (2, 22) se encuentra conectado al polo negativo de una fuente de alimentación, mientras que el electrodo en contacto con el gel de NaN03 se encuentra conectado al polo positivo de la fuente de alimentación; y donde tras la conexión se aplica una diferencia de potencial eléctrico constante, de tal forma que se fuerza a los aniones del gel NaCI a pasar a través del hormigón sometido a ensayo obteniendo un frente de cloruros adecuado para determinar el coeficiente de migración del hormigón.

8. Método para la introducción de iones inhibidores de la corrosión en el hormigón, por aplicación de geles conductores como reservorios de ellos, implementado en un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 que comprende la aplicación de geles conductores como reservorios de iones, que se caracterizan porque en el polo positivo de la fuente de alimentación se conecta un electrodo (1, 21) ; Y donde el electrolito a migrar se aporta a través de un gel conductor (2, 22) en una matriz gelificada en contacto con la cara exterior de una pieza o estructura de hormigón armado o pretensado, de tal forma que el electrodo en contacto con el gel que contenga la substancia catiónica inhibidora de la corrosión se encuentra conectado al polo positivo de una fuente de alimentación, mientras actúa como electrodo conectado al polo negativo de la fuente de alimentación una de las propias barras del elemento estructural.

9. Método de acuerdo a las reivindicaciones 7 u 8 donde utilizando cualquiera de los dispositivos de las reivindicaciones 1 a 6 se pueda forzar la inserción, extracción o movimiento de cualquier otro ión de interés en el hormigón.

Fig.1

Fig.2