Tesis

El Programa Nacional de Gestión de Residuos Radioactivos prevé la construcción de un repositorio de residuos radioactivos de nivel bajo (RRNB) en la República Argentina. Este tipo de residuos requiere de un tiempo de confinamiento y aislamiento del medio ambiente de 300 años, por lo cual el requerimiento de durabilidad de los materiales a emplear es que sea mayor que dicho periodo. El material mayoritario para este tipo de repositorios es el hormigón armado y para garantizar dicha durabilidad, desde el punto de vista de la corrosión del refuerzo, la velocidad de corrosión umbral expresada como densidad de corriente () debe ser de 0,01 µA.cm^‑2. En este contexto, se requiere del estudio de formulaciones de hormigón y el desempeño a la corrosión de sus refuerzos, así como el desarrollo de técnicas de medición capaces de detectar valores de velocidad de corrosión inferiores al umbral, para la medición de parámetros asociados al proceso corrosivo, y métodos de monitoreo empleando las técnicas estudiadas. El desafío abarca el estudio del grado de importancia de emplear refuerzos libres de óxidos y propuestas para la mejora en la pasivación del refuerzo y su desempeño en diferentes medios corrosivos.

En este trabajo se estudiaron, en probetas de mortero, la susceptibilidad a la corrosión de refuerzos con tres condiciones superficiales: pre-oxidadas, as-received y pre-pasivadas artificialmente. Estas fueron expuestas en laboratorio a cuatro medios corrosivos: ambiente interior, ambiente con 98 % de humedad relativa, inmersión parcial en agua potable de red e inmersión parcial en solución de NaCl 3,5%, la cual es la concentración de cloruro en agua de mar.

Por otro lado se estudió, también en probetas de laboratorio, una nueva técnica para medir velocidad de corrosión pasiva con valores muy bajos, menores al umbral mencionado arriba. Esta consistió en la resolución en el dominio del tiempo del modelo de Randles más robusto, ya que no se realizaron aproximaciones de primer orden. El modelo se ajustó a las curvas experimentales de polarización cíclica catódica con diferentes velocidades de barrido y entre los parámetros que optimizan el ajuste se encuentra .

Como tercera línea de trabajo se estudió la corrosión del refuerzo en probetas de hormigón armado con formulaciones candidatas a ser empleadas en repositorios de residuos radioactivos de nivel bajo, una fabricada con cemento pórtland normal y la otra con cemento pórtland puzolánico, y expuestas al medio ambiente exterior, realizando un monitoreo de aproximadamente 10 años. Se emplearon refuerzos en la forma de barras y mallas electrosoldadas, siendo parte del estudio la comparación entre estos tipos de refuerzo y entre zonas de la malla con y sin soldadura. Ambos tipos de refuerzos se midieron electroquímicamente con un instrumento comercial, que emplea electrodos auxiliares superficiales y permite medir la resistividad eléctrica de la matriz (), la velocidad de corrosión () del refuerzo y el potencial de corrosión ( del refuerzo. Al mismo tiempo, las barras se midieron electroquímicamente mediante electrodos auxiliares embebidos (en las probetas), los que permitieron, además de medir  y , implementar diferentes técnicas electroquímicas y procesamientos de datos usando un instrumento de laboratorio. Se incluyeron también sensores embebidos diseñados para medir, aparte de los tres parámetros mencionados, la disponibilidad de oxígeno () y la temperatura interna, ambos en torno al refuerzo. Se ensayaron, también, probetas de la misma partida de hormigón con ambos cementos para medir la velocidad de penetración de dióxido de carbono.

Los refuerzos con la condición pre-oxidada demostraron no haberse pasivado aún en probetas expuestas al ambiente de laboratorio y alcanzando altos valores de resistividad eléctrica. Las clasificaciones de la norma ASTM respecto al  como indicador de probabilidad de corrosión activa, no resultaron válidas para refuerzos con esta condición superficial. A su vez, las  en solución NaCl 3,5 % son extremadamente altas, del orden de la corriente límite de difusión de oxígeno. Por estas razones quedó evidenciada la necesidad de emplear barras libres de óxidos preexistentes. En los refuerzos con la condición pre‑pasivada se comprobó que las  fueron menores que aquellos con la condición as‑received y se retardó el periodo de despasivación en solución de NaCl 3,5%.

El modelo de Randles más robusto pudo ser ajustado apropiadamente a las curvas de la polarización cíclica catódica a las diferentes velocidades de barrido, permitiendo medir valores de  inferiores al valor umbral para repositorios de RRNB. A su vez, se demostró la independencia de los resultados respecto de la velocidad de barrido y el buen acuerdo con los valores resultantes de la extrapolación de la recta de Tafel catódica (con barridos muy lentos) y con espectroscopia de impedancia electroquímica (ajustando modelo de Randles más simple). Esto permitió validar la técnica con velocidades de barrido rápidas y medir con una técnica de diez minutos de duración velocidades de corrosión muy bajas, con los mismos resultados que empleando cualquiera de las otras dos técnicas, cuya duración es mayor a 24 horas.

En las probetas expuestas el medio ambiente exterior, para ambos tipos de refuerzo en ambos tipos de hormigón, los resultados mostraron una evolución decreciente de la velocidad de corrosión, valores similares. Mediante el instrumento comercial se registraron, en las barras refuerzo, valores similares a aquellos calculados mediante un ajuste del modelo de Randles simple a las curvas resultantes de la aplicación del pulso galvanostático. Estos valores disminuyeron por debajo del umbral (requerido para la aplicación en repositorios de RRNB) cuando las temperaturas fueron inferiores durante los dos últimos años. Se logró implementar la técnica de polarización cíclica catódica con barridos rápidos y ajuste del modelo, mediante la cual se midieron velocidades de corrosión menores al valor umbral. Por otro lado, las probetas fabricadas con cemento pórtland normal experimentaron fisuración, en mayor medida en la cara del recubrimiento de la malla electrosoldada de una de ellas, registrándose un incremento en la velocidad de corrosión. A su vez, se midieron similares valores en la velocidad de carbonatación para ambos tipos de hormigón y mayores valores de la resistividad eléctrica para las probetas fabricadas con cemento pórtland puzolánico, lo que sugiere mayor una compacidad en este tipo de hormigón y, por consiguiente, una posible mayor resistencia a la penetración de cloruro.

Palabras clave: Acero pre-oxidado, corrosión del refuerzo de acero, monitoreo de la corrosión, durabilidad del hormigón, velocidad de corrosión, pulso galvanostático, resistencia de polarización, disolución pasiva, polarización cíclica.