Correlation between Electrochemical Impedance Spectroscopy and LCR parameter meter in the corrosion processes of steel-reinforced mortars

Abstract

This document investigates the correlation between electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and LCR meter parameters using impedances. To this end, 18 cylindrical mortar specimens measuring 5cmx10cm, each containing a smooth ½-inch steel reinforcing bar, were constructed following a 2x3 factorial design with 3 replicas. These specimens underwent accelerated corrosion processes such as the impressed current method (6 and 12 hours) and carbonation chamber exposure (15 and 30 days), with some specimens subjected to both methods. EIS was used to measure the specimens, with results adjusted by the chosen equivalent circuit. Additionally, resistance, capacitance, and impedance properties were measured in series and parallel at frequencies of 100Hz, 120Hz, 1kHz, 10kHz, and 100kHz using the LCR meter, ANOVA and Tukey's post-hoc tests were conducted to select the most representative parameters for corrosion detection. A linear relationship was observed between the Rct parameter of EIS and the 100Hz impedance of the LCR meter for specimens subjected to the impressed current method. Specimens exposed to carbonation chamber exhibited variable behaviors that did not correlate with both techniques, likely because the carbonation front had not yet depassivated the reinforcing steel. The combined actions of both factors had an inverse effect; chloride penetration reduced the mortar coating's total impedance, while carbonation densified it, increasing its resistivity. (Tomado de la fuente)

En este documento se investigó la existencia de una correlación entre la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) y los parámetros del medidor LCR utilizando impedancias. Para esto se construyeron 18 probetas de mortero cilíndricas de 5cmx10cm con una varilla de acero de refuerzo lisa de ½ pulgada en su interior siguiendo un diseño factorial 2x3 con 3 réplicas. Estas probetas fueron sometidas a procesos de corrosión acelerada como el método de corriente impresa (6 y 12 horas), la cámara de carbonatación (15 y 30 días) y otras probetas sometidas a ambos métodos. Las probetas fueron medidas con la técnica EIS y sus resultados ajustados por el circuito equivalente elegido. Se midió las propiedades de resistencia, capacitancia e impedancia tanto en serie como en paralelo para las frecuencias de 100Hz, 120Hz, 1kHz, 10kHz y 100kHz con el medidor LCR, sus resultados pasaron por análisis de varianza ANOVA y comparación de medias Tukey, para escoger los parámetros que sean más representativos en la detección de la corrosión. Luego de correlacionar los resultados de ambas técnicas se nota una relación lineal para el parámetro Rct de la EIS y la impedancia a 100Hz del medidor LCR para las probetas sometidas a corriente impresa. Las probetas sometidas a cámara de carbonatación presentan comportamientos variables en los que no se puede correlacionar ambas técnicas, esto debido a que se cree que el frente de carbonatación aún no ha llegado a despasivar al acero de refuerzo. Las acciones combinadas de ambos factores tuvieron un efecto inverso, pues por una parte la penetración de cloruros hace que el recubrimiento de mortero baje su impedancia total, pero la carbonatación densifica a este haciendo que su resistividad suba.