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Los investigadores de ETH han podido dilucidar cómo y a qué velocidad el acero se corroe en una variedad de materiales porosos. Sus hallazgos ayudan a permitir el descubrimiento de nuevos tipos de cemento ecológicamente correctos.
Courtesy ETH by Roland Baumann: La velocidad a la que el acero se corroe en el hormigón u otros materiales porosos es crucial para una gran cantidad de aplicaciones tecnológicas, como conductos subterráneos o puentes de hormigón armado. Aunque varias décadas y modelos han existido durante décadas, ninguno de ellos puede capturar el mecanismo científico detrás de los datos empíricos. Los investigadores del equipo dirigido por Ueli Angst, un profesor de ETH centrado en la durabilidad de los materiales de ingeniería, ya han resuelto este misterio. Su nuevo modelo increíblemente simple acaba de ser publicado en la revista Nature Materials. Corrosión
Una pregunta abierta de la década de 1950
“La mayoría de los libros de texto representan la velocidad de corrosión como una curva en U invertida que depende de la humedad”, dice Angst. Esto significa que la corrosión disminuye cuando el concreto está completamente saturado porque es difícil que el oxígeno se difunda a través del agua. A su vez, si el concreto está completamente seco, la falta de agua significa que prácticamente no hay corrosión. Según esta teoría, el proceso es más rápido a una humedad intermedia, lo que permite que tanto el agua como el oxígeno estén presentes en los poros del concreto.
Sin embargo, la “teoría del oxígeno” a menudo no es aplicable a las condiciones de exposición reales. Angst señala que la mayoría de los edificios están expuestos a la humedad a intervalos regulares: “Pueden estar secos por un tiempo, pero luego llueve y se moja temporalmente. Por lo tanto, los poros están saturados con agua solo ocasionalmente, y en la mayoría de los casos hay suficiente oxígeno en el sistema. ”
El hecho de que la teoría del oxígeno por sí sola no explique completamente el proceso de corrosión no es nuevo. “Una publicación de 1957 * señala que debe haber algo más que oxígeno”, dice Angst. Esta publicación se refiere a un estudio a gran escala en el que miles de muestras de acero fueron enterradas bajo tierra en los Estados Unidos en la década de 1920 y luego excavadas para su examen a lo largo de los años. El estudio encontró que la corrosión fue generalmente más rápida en suelos más húmedos, un detalle que la teoría del oxígeno no puede explicar.
Un simple efecto de superficie.
“Ahora tenemos una explicación que es sorprendentemente simple”, dice Angst. Se basa en el hecho de que el metal se coloca en un medio poroso. Esto significa que algunas partes están en contacto con materiales sólidos, como pasta de cemento endurecido o granos de arena, y otras con poros y cavidades. No se produce corrosión cuando el metal está en contacto con materiales sólidos. “La corrosión puede ocurrir donde el metal está en contacto con los poros si están llenos de agua pero no llenos de aire”, dice Angst, continuando, “cuanto mayor sea el contenido de humedad de un material poroso, mayor será la cantidad de poros saturados de agua, el resultado es una corrosión más severa ”. En otras palabras, el factor crucial no es necesariamente el oxígeno, sino el área de la superficie del metal que entra en contacto con el agua.
Encontrar nuevos tipos de cemento ecológico
Estos nuevos hallazgos son especialmente relevantes con respecto al uso de tipos de cemento más ecológicos. El concreto hecho de cemento Portland convencional es altamente alcalino. Es precisamente este alto nivel de pH lo que protege el acero incrustado de la corrosión y fue fundamental para el éxito de la construcción de hormigón armado. Sin embargo, la producción de cemento convencional emite altos niveles de CO2. Dado que el hormigón es el material más utilizado en el mundo (directamente después del agua), esto tiene un impacto significativo en la huella ambiental de la humanidad.
Durante años, la industria del cemento ha estado tomando medidas para reemplazar las materias primas alternativas en la producción de cemento. Para este fin, dependiendo de los recursos disponibles y los desechos de otros sectores, diferentes países usan diferentes materiales. Si bien estos esfuerzos están diseñados para reducir las emisiones de CO2, los nuevos tipos de cemento tienen una desventaja importante: generalmente tienen una reserva alcalina más baja. “Esto significa que los hormigones modernos y respetuosos con el clima pierden el alto valor de pH más rápido y, por lo tanto, la capacidad de proteger el acero incrustado de la corrosión”, explica Angst.
De acuerdo con las normas actuales, el concreto debe evitar que el acero de refuerzo incrustado comience a corroerse durante la vida útil de un edificio, generalmente de 50 a 100 años. Los nuevos tipos de cemento pueden cumplir con esto solo con gran dificultad, por ejemplo, envolviendo el acero en una capa más gruesa de concreto, lo que, sin embargo, anula sus ventajas iniciales de sostenibilidad.
Referencias:
Stefanoni M, Angst UM, Elsener B: Cinética de disolución electroquímica de metales en medios porosos. Materiales de la naturaleza. 2019. DOI: 101038 / s41563-019-0439-8
Romanoff M (1957): “corrosión subterránea”. Circular 579, National Bureau of Standards, Washington DC, EE. UU.
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