Mejoras en un sistema de protección catódica.

Un conjunto (20) de protección catódica para la protección catódica de hormigón armado que tiene un refuerzo (14) que comprende:

(a) al menos un ánodo (22) de sacrificio discreto;

(b) una lechada o mortero de cemento (24) que encapsula dicho ánodo (22) discreto;

(c) conexiones (26) que penetran en dicha lechada o mortero (24) para conectar eléctricamente dicho ánodo (22) a dicho refuerzo (14); y

(d) una sal de litio seleccionada de entre el grupo que consiste en nitrato de litio, bromuro de litio y sus combinaciones, dispersada en dicha lechada o mortero (24) en la cantidad de al menos 0,05 gramos (base seca) por centímetro cúbico de lechada de cemento o mortero.

Mejoras en un sistema de protecciïn catïdica Campo tïcnico La presente invenciïn se refiere, en general, al campo de los sistemas de protecciïn catïdica para estructuras de hormigïn armado, y se refiere particularmente al rendimiento de los sistemas de protecciïn catïdica que utilizan elementos de ïnodo discretos encapsulados en la lechada o mortero cementoso.

Descripciïn de la tïcnica anterior

Los problemas asociados con el deterioro inducido por la corrosiïn de las estructuras de hormigïn armado son ahora bien comprendidos. El refuerzo de acero ha tenido, en general, un buen rendimiento en los ïltimos aïos en estructuras de hormigïn, tales como puentes, edificios, estructuras de estacionamientos, muelles y embarcaderos, ya que el ambiente alcalino del hormigïn hace que la superficie del acero se "pasive", de manera que no se corroa. Desafortunadamente, debido a que inherentemente el hormigïn tiene cierta porosidad, la exposiciïn a la sal durante un nïmero de aïos resulta en una contaminaciïn con iones de cloruro del hormigïn. Normalmente, la sal es introducida al hormigïn en forma de agua de mar, aceleradores de fraguado o sal para deshielo.

Cuando la contaminaciïn por cloruro alcanza el nivel del refuerzo de acero, destruye la capacidad del hormigïn para mantener el acero en un estado pasivo o no corrosivo. Se ha determinado que una concentraciïn de cloruro de 0, 6 kg por metro cïbico de hormigïn es un valor crïtico por encima del cual puede producirse la corrosiïn del acero. Los productos de la corrosiïn del acero ocupan de 2, 5 a 4 veces el volumen del acero original, y esta expansiïn ejerce una tremenda fuerza de tracciïn sobre el hormigïn circundante. Cuando esta fuerza de tracciïn excede la resistencia a la tracciïn del hormigïn, se desarrollan grietas y deslaminaciones. Con corrosiïn, congelaciïn y descongelaciïn continuas, y con el golpeteo del trïfico, la utilidad o la integridad de la estructura se ven finalmente comprometidas y es necesaria una reparaciïn o sustituciïn. En la actualidad, las estructuras de hormigïn armado continïan deteriorïndose a un ritmo alarmante. En un informe reciente al Congreso, la Administraciïn Federal de Carreteras informï que de los 577.000 puentes del païs, 226.000 (39% del total) fueron clasificados como deficientes, y que 134.000 (23% del total) fueron clasificados como estructuralmente deficientes. Los puentes estructuralmente deficientes son aquellos que estïn cerrados, limitados sïlo a vehïculos ligeros, o que requieren una rehabilitaciïn inmediata para permanecer abiertos. El daïo en la mayorïa de estos puentes es causado por la corrosiïn del acero de refuerzo. El Departamento de Transporte de los Estados Unidos ha estimado que se necesitarïn $ 90, 9 mil millones para reemplazar o reparar el daïo en estos puentes existentes.

Se han propuesto muchas soluciones a este problema, incluido un hormigïn de mayor calidad, prïcticas de construcciïn mejores, una mayor capa de hormigïn sobre el acero de refuerzo, hormigones especiales, aditivos inhibidores de la corrosiïn, selladores de superficie y tïcnicas electroquïmicas, tales como la protecciïn catïdica y la eliminaciïn de cloruro. De entre estas tïcnicas, sïlo la protecciïn catïdica es capaz de controlar la corrosiïn del acero de refuerzo durante un perïodo de tiempo prolongado, sin la retirada completa del hormigïn contaminado por la sal.

La protecciïn catïdica reduce o elimina la corrosiïn del acero, convirtiïndolo en el cïtodo de una celda electroquïmica. Esto resulta en la polarizaciïn catïdica del acero, que tiende a suprimir las reacciones de oxidaciïn (tales como la corrosiïn) en favor de las reacciones de reducciïn (tales como reducciïn de oxïgeno) . La protecciïn catïdica se aplicï primero a una plataforma de un puente de hormigïn armado en 1973. Desde entonces, la comprensiïn y las tïcnicas han mejorado y, en la actualidad, la protecciïn catïdica se ha aplicado a mïs de un millïn de metros cuadrados de estructuras de hormigïn en todo el mundo. Los ïnodos, en particular, han sido objeto de mucha atenciïn, y se han desarrollado varios tipos de ïnodos para circunstancias especïficas y diferentes tipos de estructuras.

Un tipo de ïnodo que se ha utilizado para la protecciïn catïdica de estructuras de hormigïn armado es titanio catalizado. La configuraciïn mïs comïn de ïnodo de titanio catalizado ha sido una malla altamente expandida de titanio quïmicamente puro, que es catalizada por un revestimiento superficial delgado de ïxidos de metales o mezclas de metales. Generalmente, las hebras de la malla del ïnodo estïn separadas menos de aproximadamente 3 centïmetros (1 1/3 pulgadas) . Este tipo de ïnodo ha sido especialmente exitoso para la protecciïn de plataformas de hormigïn armado, en cuyo caso el ïnodo se fija a la superficie de hormigïn superior y es revestido generalmente por 2, 5-10 centïmetros (1-4 pulgadas) de hormigïn fresco. Esto se conoce como un sistema de ïnodo distribuido, ya que cubre esencialmente toda la superficie de la estructura que estï siendo protegida. El revestimiento de hormigïn fresco sirve para encapsular el ïnodo y proporcionar una nueva superficie de rodamiento para la plataforma de hormigïn. Se han instalado aproximadamente 100.000 metros cuadrados (10.000.000 de pies cuadrados) de ïnodo de titanio catalizado de esta manera, y dichos sistemas han proporcionado en general una vida ïtil larga y sin problemas.

Otra forma de ïnodo de titanio catalizado que ha sido usada ampliamente consiste en una cinta de titanio puro, de 1, 25 a 1, 09 centïmetros (0, 5-0, 75 pulgadas) de ancho por tïpicamente 63 metros (250 pies) de largo, que estï catalizada tambiïn por un revestimiento superficial delgado de ïxidos de metales preciosos o mezclas de metales. El ïnodo de cinta de titanio puede ser plano, o mïs normalmente, puede ser expandido para aumentar la superficie y proporcionar una mejor adherencia al hormigïn. Tïpicamente, este tipo de ïnodo de malla de cinta ha sido instalado en ranuras de 1, 25 centïmetros (0, 5 pulgadas) de ancho por 1, 9 centïmetros (0, 75 pulgadas) de profundidad, cortadas en la superficie superior de una plataforma de hormigïn. Tïpicamente, las ranuras estïn separadas una distancia de 30, 5 centïmetros (12 pulgadas) . Por lo tanto, este tipo de protecciïn catïdica se conoce como un sistema "ranurado". Despuïs de colocar el ïnodo de titanio catalizado en la ranura, la ranura se rellena con una lechada de cemento o mortero para encapsular la cinta de ïnodo y proporcionar una superficie de rodadura plana. Este tipo de sistema ranurado ha sido particularmente ventajoso para la protecciïn catïdica de las plataformas de garajes de aparcamiento de hormigïn armado, ya que puede ser instalado sin pïrdida de espacio ïtil en el garaje y sin imponer peso muerto adicional sobre la estructura.

Sin embargo, estos sistemas ranurados no han tenido ïxito en general. Despuïs de un perïodo de uso, la lechada en las ranuras se mancha con un lïquido ïcido, y la lechada aparece oscura y hïmeda. Este lïquido ïcido ataca la pasta de cemento y causa el deterioro de la lechada o mortero que rodea el ïnodo. En casos extremos, este lïquido ha destruido completamente la lechada, dejando el ïnodo totalmente expuesto. En otros casos, el lïquido ha daïado y ha penetrado en la plataforma de hormigïn. Dicho ataque ha causado que el voltaje del sistema de protecciïn catïdica aumente y, con el tiempo, no pueda suministrarse una corriente de protecciïn adecuada dentro del voltaje disponible de la fuente de alimentaciïn. Se ha especulado que dichos fallos han ocurrido en sistemas ranurados no distribuidos debido a que la corriente de protecciïn catïdica estï confinada a un ïrea relativamente pequeïa, concentrando de esta manera los productos ïcidos de la reacciïn del ïnodo a un pequeïo volumen de la lechada de hormigïn. Esto estï en contraste con el ïnodo de malla altamente expandido, mïs exitoso, que distribuye eficazmente la corriente y los productos de reacciïn anïdica sobre un ïrea mucho mïs grande.

El ïnodo con cinta de titanio catalizado ha sido usado tambiïn en otro tipo de sistema de ïnodo no distribuido o discreto. En este caso, se perfora un orificio, tïpicamente de 1, 9-2, 5 centïmetros (0, 75-1 pulgadas) de diïmetro y 15, 2-61 centïmetros (6-24 pulgadas) de largo en el elemento de hormigïn. El orificio se rellena con lechada de cemento o mortero y el ïnodo de titanio catalizado se inserta en la lechada o mortero fresco. Se afirma que este sistema es ventajoso para los elementos de hormigïn de mayor tamaïo, tales como columnas y vigas.

Pero estos ïnodos discretos sufren los mismos problemas que los sistemas ranurados. Los productos... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto (20) de protecciïn catïdica para la protecciïn catïdica de hormigïn armado que tiene un refuerzo (14) que comprende:

(a) al menos un ïnodo (22) de sacrificio discreto;

(b) una lechada o mortero de cemento (24) que encapsula dicho ïnodo (22) discreto;

(c) conexiones (26) que penetran en dicha lechada o mortero (24) para conectar elïctricamente dicho ïnodo (22) a dicho refuerzo (14) ; y

(d) una sal de litio seleccionada de entre el grupo que consiste en nitrato de litio, bromuro de litio y sus combinaciones, dispersada en dicha lechada o mortero (24) en la cantidad de al menos 0, 05 gramos (base seca) por centïmetro cïbico de lechada de cemento o mortero.

2. Conjunto segïn la reivindicaciïn 1, en el que dicho ïnodo (22) es zinc, aluminio o aleaciones de los mismos.

3. Conjunto segïn la reivindicaciïn 1, en el que la concentraciïn de sal de litio en la lechada o mortero (24) estï comprendida en el intervalo de 0, 05 a 1, 0 gramo por centïmetro cïbico de lechada o mortero.

4. Conjunto segïn la reivindicaciïn 3, que comprende ademïs un agente tensioactivo dispersado en la lechada o mortero.

5. Conjunto segïn la reivindicaciïn 4, en el que dicho agente tensioactivo es una amina catiïnica o compuesto de amonio.

6. Conjunto segïn la reivindicaciïn 1, que tiene una forma y un tamaïo que permiten la distribuciïn de mïs de un ïnodo

(22) discreto encapsulado en una pequeïa ïrea de parche de hormigïn armado.

7. Conjunto segïn la reivindicaciïn 1, en el que dicho ïnodo (22) es zinc o una aleaciïn del mismo y dicha sal de litio es dispersada en la lechada o mortero (24) en la cantidad de al menos aproximadamente 0, 05 gramos por centïmetro cïbico de lechada o mortero, en el que dicho ïnodo discreto tiene una forma y un tamaïo que permiten la distribuciïn de mïs de un ïnodo discreto encapsulado en una pequeïa ïrea de parche de hormigïn armado.

8. Conjunto segïn la reivindicaciïn 7, en el que la lechada o mortero (24) es distribuida, de manera aproximadamente homogïnea, alrededor del ïnodo (22) discreto.

9. Un sistema de protecciïn catïdica que comprende al menos un conjunto de protecciïn catïdica segïn cualquiera de las reivindicaciones 1-8.

10. Un sistema de protecciïn catïdica que comprende mïltiples conjuntos de protecciïn catïdica segïn cualquiera de las reivindicaciones 1-8 en un ïrea de parche de hormigïn armado.