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Corrosión
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Introducción
• Definición
– “Interacción físico-química entre un metal y su medio ambiente, que ocasiona modificaciones en las propiedades del metal y, a menudo, una degradación de las funciones del metal, del medio o del sistema técnico constituido por ambos.”
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Introducción
• ¿Por qué se corroen los metales?
Mineral
Transformación
uso
CORROSIÓN
E E
“La fuerza impulsora que hace que los metales se corroan es una
consecuencia natural de su inestabilidad en la forma metálica”
Por lo general, cuanto mayor ha sido la energía gastada en la obtención del metal, tanto mayor será la facilidad para corroerse
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Introducción
• Repercusión de la corrosión
– Factor seguridad: Fallas por corrosión de equipos o sistemas técnicos con consecuencias de pérdida de vidas humanas
– Factor conservación: Las fuentes de los metales (minerales), reservas de aguas, etc. Son limitados.
– Factor económico: Gastos directos e indirectos ocasionados por la corrosión y por los métodos de prevención
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Introducción
• Repercusión de la corrosión
– Factor económico
• Costos directos – Reemplazo o reparación de estructuras, maquinarias o de
componentes corroídos (tuberías, piezas de bombas, fondos de tanques de almacenamiento).
– Sobredimensionamiento y empleo de medidas de prevención (pinturas, aleaciones especiales, inhibidores, etc.)
– Capacitación de personal en temas de corrosión.
– Pago a especialistas para evaluar daños por corrosión.
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Introducción
• Repercusión de la corrosión
– Factor económico
• Costos indirectos – Paralización de la actividad productiva para efectuar una
reparación imprevista (Ejemplo: La reparación de una tubería en el oleoducto puede ocasionar un costo de algunos miles de dólares, pero la paralización para efectuar la reparación representa unos US $ 20 000 /hora).
– Pérdidas de productos y explosiones provocadas por fugas (combustible, agua, gas, etc.).
– Pérdida de eficiencia (transferencia de calor) o contaminación del producto.
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Proceso de Corrosión
• Clasificación
Naturaleza del medio
Mecanismo de
corrosión
Apariencia del
material
Química
Electroquímica
•General
•Galvánica
•Hendidura
•Picado
•Erosión
•Cavitación
•Selectiva
•Biológica
•Intergranular
•Bajo tensión
•Fatiga
Húmeda
Seca
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Proceso de Corrosión
• Clasificación
– Naturaleza del medio y mecanismo de corrosión
• Corrosión húmeda o de mecanismo electroquímico: – Se da en presencia de humedad.
– El 80% de los casos de corrosión reportados pertenecen a este tipo.
• Corrosión seca, oxidación directa o corrosión química. – No existe película de humedad, es decir se da en un ambiente
seco (altas temperaturas).
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Corrosión Electroquímica
• Requisitos básicos
– Electrolito (A veces)
– Electrodos
• Ánodo
• Cátodo
– Paso de electrones
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Corrosión Electroquímica
• Requisitos básicos
– Electrolito
Iones de
hidrógeno
positivos
Iones
negativo
hidróxilo
El agua conduce la corriente
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Corrosión Electroquímica
• Requisitos básicos
– Electrodos
Ánodo Electrolito Cátodo
Agua
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Corrosión Electroquímica
• Requisitos básicos
– Paso de electrones
Electrolito
(Agua)
Cátodo
(protegido)
corriente
- +
Ánodo
(corrosión)
Los electrones
fluyen del ánodo
al cátodo
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Corrosión Electroquímica
• Fuerza Electromotriz (FEM) – Es imposible medir potencial absoluto de una semicelda
– Se hace por comparación con semipila de electrodo de hidrógeno
Zn
Cu Pt
V1 V2
Pt
H2 H2
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Corrosión Electroquímica
• Fuerza Electromotriz (FEM)
SERIE ELECTROMOTRIZ
Reacción en Equilibrio E°H (volts)
Au+2 + 2e = Au + 1.7
1/2 O2 + 2H++ 2e = H2O + 1.23
Pt+2 + 2e = Pt + 1.2
Ag+1 + 1e = Ag + 0.80
Cu+2 + 2e = Cu + 0.34
2H+ + 2e = H2 0.00 (por definición)
Ni+2 + 2e = Ni - 0.13
Fe+2 + 2e = Fe - 0.44
Cr+3 + 3e = Cr - 0.70
Zn+2 + 2e = Zn - 0.76
Al+3 + 3e = Al - 1.66
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Proceso de Corrosión
• Comportamiento de los materiales frente al potencial eléctrico
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Corrosión Electroquímica
• Corrosión del hierro
Fe - 2e Fe++ (iones ferrosos) Fe++ + 2OH- Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 02 + 2H2O 4Fe(OH)3
Fe
Fe
Fe(OH)
Fe(OH)
Fe(OH)
Fe(OH)
2
2
2
2
O 2
2 H O 8 e
Flujo de e- Flujo de e- Flujo de e-
e e 2 2
++
++
_ _ _
_ _ _ OH
OH
_
_
Las reacciones de oxidación (corrosión) ocurren en el ánodo
Ionización de hierro por
pérdida de 2e-
Formación de la forma
Inestable: Fe(OH)2
Fe(OH)2 se combina con
el oxígeno y forma óxido
2 H O
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Corrosión Electroquímica
• Corrosión del hierro
2H+ + 2e H2 4H+ + O2 + 4e 2H2O
Flujo de e- Flujo de e- Flujo de e-
_ O
H
H
+
+
H +
H +
H +
H +
2
_ e
e
_ e
_ e
_ e
_ e
_ e
_ e
_ e
_ e
O 2
H O
H O 2
2
+ + +
Reacción de reducción (protección) ocurre en el cátodo
Electrones que llegan al cátodo neutralizan algunos
Iones hidrógeno
O2 + 2H2O + 4e 4OH-
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Corrosión Electroquímica
• Corrosión del hierro
• 2H+ + 2 electrones H2 (gas)
• O2 (gas) + 2H2O + 4 electrones 4OH- (medio alcalino)
• O2 (gas) + 4H+ + 4 electrones 2H2O (medio ácido)
• Fe – 2e Fe++
• Fe++ + 2OH- Fe(OH)2
• Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3
Án
od
o
Cát
od
o
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión del hierro
Uniforme Localizada
Bajo tensión
Galvánica
Erosión
Hendidura
Picadura
Biológica
Intergranular
Cloruros Fatiga
Cavitación
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión uniforme – Es un ataque homogéneo
– Permite calcular la vida útil
– Produce un deterioro “aceptable”.
– La velocidad de corrosión es función de la naturaleza del metal, humedad, presencia de contaminantes
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión galvánica
– Dos metales disímiles se acoplan eléctricamente en un medio electrolítico.
Alumini
o
Alumini
o
Tornillo de
latón Metal
corroído
Corrosión en el resquicio de la junta aislante
Corrosión entre tubo de cobre y soldadura de aleación de cobre
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión por hendidura – Se presenta en espacios confinados
o hendiduras que se forman cuando los componentes están en contacto estrecho.
– La hendidura debe ser muy cerrada, con dimensiones menores a un milímetro.
– Empaquetaduras, empalmes, pernos...
– Su mecanismo es similar a la corrosión por picado.
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión por erosión – Se da cuando soluciones con rápido
flujo desprenden capas adheridas y depósitos que protegen contra la corrosión
– Medios de alto flujo o turbulencia bombas, conductos turbinas
– Son susceptibles los aceros al carbono y aleaciones de Cu y Al
– Son resistentes: aleaciones de Ni y Ti.
Corrosión por erosión en tubería de cobre
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión por cavitación – Presiones estallar metal y los
revestimientos protectores.
– Ocurren a altas velocidades de flujo y cambio brusco en la dirección del mismo. (Flujo turbulento)
Cavitación de aleación de niquel de las palas de una bomba expuesta a un
medio con ácido clorídrico
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión por grietas y por tensión – Es causada por los cambios en la acidez, agotamiento
del oxígeno, iones disueltos y ausencia de un inhibidor.
Corrosión bajo tensión de un conjunto de aleación de acero soldados (limitaciones de la soldadura)
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión selectiva – Es la remoción preferencial de
uno o más metales de una aleación en un medio corrosivo, tal como la remoción del zinc del bronce (dezincación), lo que conlleva al debilitamiento de los metales y a fallas en las tuberías
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión por tuberculación – Los tubérculos son cúmulos de
productos de corrosión y de depósitos que cubren las regiones localizadas de pérdida de metal.
– Pueden atacar tuberías, lo que trae como consecuencia la disminución del flujo.
Corrosión por tuberculos en la superficie de tube de cobre usado para conducir aguas residuales
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión biológica – La actividad metabólica de los
microorganismos pueden provocar directa o indirectamente un deterioro del metal por procesos de corrosión. Las consecuencias de esta actividad pueden ser: • Producir un ambiente corrosivo
• Crear celdas de concentración electrolítica en la superficie del metal
• Modificar la resistencia de las películas superficiales
• Tener influencia sobre el índice de reacción anódica o catódica
• Modificar la composición ambiental
Fe++ + SO4
-- + 4H2O 4Fe(OH)2 + FeS + 2OH- Reacción de corrosión bacteriana:
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión intragranular
– Disolución preferencial en los límites de grano
– Las propiedades físicas y químicas difieren con respecto al resto del material
– Se presenta en aceros inoxidables, aleaciones de aluminio, de niquel y metales puros.
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión por fatiga – Se presenta a escala
microscópica en forma de grietas transcristalinas
– Acción simultánea de un medio corrosivo específico y esfuerzos alternados y cíclicos
• Tubos intercambiadores de calor
• Alabes de turbinas
• Aceros en vapores con cloruros
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión por picadura – Ocurre en cualquier parte del sistema
– Fácil de reconocer por la formación de picaduras
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión por picadura – Ocurre en cualquier parte del sistema
– Fácil de reconocer por la formación de picaduras
Fase gaseosa-aire oxígeno
Fase líquida :oxígeno-agua
+ Catodo+
High O2
OH OH
Fase sólida
Ga
s
Liq
uid
S
ólid
o
+ Catodo +
+ Anodo +
e e e e
H
H O2
tubérculo poroso formado por los
productos de
reacción
High O2
OH
O2
H Fe (OH)3
Fe3O4
Fe(OH)2
Crater
Fe++
H+ H+
H2 H2
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Corrosión Según la Apariencia
• Corrosión por acción de Cloruros
O2 + 2H2O + 4e 4OH-
2FeO Fe++ + 4e-
2FeO + O2 + 2H2O 2Fe++ + 4OH-
O2 + 2H2O + 4e 4OH-
Fe++ Fe+++ + e / 4
4Fe++ + O2 + 2H2O 4Fe+++ + 4OH-
Fe+++ + 4Cl- FeCl4- Formación de complejo muy estable que
Consume iones Fe+++ acelerando la disolución del hierro
)(
)()(
2
42
O
OHFeK
)()(
)()(
2
4
44
OFe
OHFeK
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Factores que Afectan la Corrosión
Factores inherentes al
medio corrosivo
Factores inherentes al
material
–Temperatura
–Naturaleza del medio (s-l-g)
–Concentración de oxígeno
–pH
–Humedad
–Contaminantes
–Acción de microorganismos
–Corrientes externas
–Tensiones aplicadas
–Naturaleza del metal o
aleación
–Presencia de inclusiones en
la superficie
–Homogeneidad de su
estructura
–Tratamientos térmicos
–Tensiones residuales
–Grietas o defectos
superficiales
–Incrustaciones de óxidos o
poros
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Factores que Afectan la Corrosión
• Concentración de Oxígeno
Velocidad de
corrosión
(mm/año)
7.5
5.0
2.5
0 0 2 4 6 8 10
Oxígeno (ppm)
49C 32C
9 C
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Factores que Afectan la Corrosión
• pH
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Factores que Afectan la Corrosión
• Heterogeneidades del material
a) Los metales están constituidos por granos con un ordenamiento diferente.
b) La unión de los granos define un borde de grano que es más reactivo que el interior del mismo.
c) Los metales poseen impurezas que pueden actuar como partículas catódicas.
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Factores que Afectan la Corrosión
• Heterogeneidades del medio
Resquicio
(corrosión)
Resquicio
(corrosión)
a) Unión solapada
b) Zonas de contacto entre planchas metálicas amontonadas en un almacén
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Factores que Afectan la Corrosión
• Heterogeneidades del medio
Resquicio
(corrosión)
Raya o marca
cavidad Grieta
c) Contacto de una superficie metálica con una partícula inerte (polvo).
d) Rayaduras sobre la superficie metálica, defectos en la solda-dura.
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Prevención de la Corrosión
Materiales usados en la conducción de agua, sin y con
control de la corrosión
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Prevención de la Corrosión
• El tiempo más efectivo para prevenir la corrosión es durante el diseño
• Factores – Condiciones del medio
– Aspectos físicos (Esfuerzos, soldadura, uso)
– Métodos de prevención de la corrosión
• Selección – Material
– Método de prevención adecuado
– Factor económico
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Prevención de la Corrosión
• Datos de corrosión se derivan de diversas fuentes – Diseños previos (plantas o aplicaciones similares)
– Datos del fabricante
– Datos en publicaciones
– Desarrollos especializados
• Diseño de nuevos equipos y materiales – El diseñador debe estar actualizado en las innovaciones que
permitan resolver problemas no tratados en el pasado
• Naturaleza y composición de los materiales – Se deben considerar las condiciones extremas que puedan
cambiar los materiales. Ej: agentes agresivos como los ácidos.
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Prevención de la Corrosión
• Corrosión General
– Incrementar el espesor, controlar la composición, conformación de recipientes, drenajes de aguas, evitar arrastre de contaminación por aire, accesos para mantenimiento y reparación, evitar las esquinas.
• Corrosión Atmosferica
– Selección de materiales apropiados en el diseño
– Cambios de ambiente (uso de inhibidores, control de PH, desaireación).
– Recubrimientos metálicos o pinturas
– Técnicas electroquímicas:
• Protección anódica
• Protección catódica
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Prevención de la Corrosión
• Galvanica:
– Selección de materiales
– Efecto de área
– Precaución con recubrimientos
– Inhibidores
– Protección catódica
– Diseño
– Aislamiento
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Prevención de la Corrosión
• Erosion – Cavitacion:
– Mitigar turbulencias
– Ajustar capacidad de bombeo y dimensiones de tubería
– Evitar cambio de dirección
– Usar curvas y evitar angulos
– Usar deflectores (dism velocidad)
– Evitar soldadura dentro de la tubería
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Prevención de la Corrosión
• Hendidura:
– Diseño de uniones, soldadura de uniones
– Evitar acumulación de líquidos
– Limpieza y remoción periódica
– Drenaje completo
– Sustitución de aleación de menor Rcorr (es preferible una tasa predecible a localizada inpredecible)
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Prevención de la Corrosión
• Fatiga:
– Disminuir los esfuerzos cíclicos
– Evitar entallas
– Utilizar encubrimientos de sacrificio(cinc, cadmio sobre acero).
– Proporcionar suficiente flexibilidad para reducir sobreesfuerzos debido a expansión térmica, vibración, choques y trabajo de la estructura o equipo
– Utilizar inhibidores de corrosión
– Seleccionar materiales apropiados
– Usar chorro de perdigones el cual induce esfuerzos de compresión en la superficie y tiende a reducir la fatiga por corrosión.
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Prevención de la Corrosión
• Biológica: – Uso de bactericidas, fungicidas y algicidas los cuales deben ser
probados en le laboratorio para determinar las dosis más convenientes a utilizar
– Selección de materiales resistentes a la corrosión
– Realizar análisis bacteriológicos
– Origen del agua y uso previsto
– Naturaleza de las instalaciones
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Prevención de la Corrosión
• Protección mediante recubrimientos: – R. Orgánicos: recubrimientos y revestimientos
– R. Inorgánicos: esmaltado, cementado
– R. Conversión: química (cromatizado) y electroquímica (anodizado)
– R. Metálicos: químicos, electroquímicos, inmersión en caliente,
metalizado, difusión, etc.
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Prevención de la Corrosión
• Protección catódica:
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Corrosión en el Hormigón Armado
• La corrosión del acero en el hormigón es un proceso electroquímico que pueden producirse por dos vias:
– Por la colocación de materiales de diferentes diferente naturaleza electroquímica en el hormigón
– Por variaciones en las concentraciones de iones disueltos
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Corrosión en el Hormigón Armado
• Protección de la armadura con la capa pasiva – Condición necesaria: pH
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Corrosión en el Hormigón Armado
• Factores que afectan la corrosión de las armaduras – pH de la disolución en los poros del hormigón
– Concentración de iones cloruros y hidroxilo
– Profundidad de carbonatación
– Difusión y retención de cloruros
– Humedad / ciclos humedad y secado
– Diferencia de potencial
• Aceleración de la corrosión – Carbonatación
– Ataque por cloruros
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Corrosión en el Hormigón Armado
• Carbonatación – El Ca(OH)2, con contribución secundaria de los álcalis
disueltos en el agua de los poros, da al hormigón un pH entre 12 y 13.
– La carbonatación consisten en la precipitación del carbonato de cálcio de acuerdo con las reacciones abajo que reducen el pH a 9 y comprometen la capa pasiva de la armadura.
CO2 + H2O H2CO3
2H2CO3 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 + H2O
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O
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Corrosión en el Hormigón Armado
• Ataque por cloruros
– Los iones de cloruros (Cl-) son altamente nocivos al hormigón armado, afectándolo mediante tres mecanismos
• Reducción del pH
• Incluso con pH del orden de 12, los iones Cl- pueden atravesar la capa pasiva alrededor de las armaduras y causar corrosión por picadura
• Aumenta el poder de conducción eléctrica de los iones Fe++ por el agua presente en los poros del hormigón, acelerando la corrosión
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Corrosión en el Hormigón Armado
• Ataque por cloruros
– Fuentes de contaminación
• Ambiente marino
• Ambiente industrial
• Sales de deshielo
• Aditivos aceleradores de fraguado
Reacciones
de oxidación
Fe+++ + 3 Cl- Fe Cl3
Fe Cl3 + 3OH- Fe(OH3) + 3 Cl-
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Corrosión en el Hormigón Armado
Camada carbonatada
ou contaminada
Camada Passivadora
Camada Passivadora
CO2
Cl-
Corrosão
CO2
Cl-
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Corrosión en el Hormigón Armado
• Corrosión por acción de Cloruros
– Ataque a piezas de hormigón armado en ambientes marinos
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Corrosión en el Hormigón Armado
• Corrosión por carbonatación
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Corrosión en el Hormigón Armado
• Prevención – Uso de tipo de cemento y dosificaciones adecuados
– Máxima compactación y buenas condiciones de cura
– Limitación de abertura de fisuras
– Protección de la pieza frente a ciclos de humedad y secado (pinturas)
– Mínimo empleo de aditivos o materiales que puedan contener cloruros
– Uso de inibidores de corrosión (NaNO3, KCr3, fosfatos, silicatos, etc.)