Effectiveness of ascorbic acid and curcumin as green corrosion inhibitors for reinforced concrete structures

Corrosion inhibitors are widely employed for the corrosion prevention of rebars in concrete reinforced structures, thanks to their proven effectiveness. However, the concerns regarding human and environmental safety have prompted the investigation of non-toxic alternatives. This work is focused on the assessment of Ascorbic Acid and Curcumin as green inhibitors in the scenario of a chloride-induced corrosion. Two inhibitors, nitrite and phosphate-based, of well-established effectiveness have been employed to produce comparative results along with uninhibited references. The investigation has been carried out for rebars both in alkaline solutions (pH 12.6), as well as in solutions near neutral (pH 6.4). In case of mortar specimens, inhibitors have been admixed to the mixing water. Periodic free corrosion potential and corrosion current density measurements carried out through electrochemical techniques assess the inhibitive effectiveness of every inhibitor, along with cyclic voltammetry tests. Weight loss measurements have been realized to validate results from electrochemical measurements, then converted as gravimetric and electrochemical corrosion rates. pH and dissolved oxygen have been measured for solutions as well, to produce a more complete description. In the case chlorides have been added before inhibitors in alkaline solutions, both ascorbic acid and curcumin resulted non-effective. In case inhibitors have been added before chlorides, recorded results for Ascorbic Acid are comparable to nitrite and phosphate, with inhibitors efficiencies higher than 90% but still not able to reduce corrosion rates below the tolerability range defined by standards. For what concerns neutral solutions, experimental inhibitors are non-effective. For what concerns mortar specimens, results for ascorbic acid are comparable to results for nitrite and phosphate but corrosion rates values are below the threshold also for the uninhibited condition.

Gli inibitori di corrosione sono utilizzati per prevenire la corrosione delle armature nel calcestruzzo armato; alcuni di questi, in particolare i nitriti, hanno dimostrato una buona efficacia, ma pongono alcune problematiche di tossicità. In questo lavoro di tesi sono stati esaminati Acido Ascorbico e Curcumina come inibitori di corrosione “verdi” nel caso di corrosione delle armature provocata da cloruri. Il loro comportamento è stato confrontato con quello di nitriti e fosfati, inibitori già conosciuti e utilizzati, oltre che a quello di armature in calcestruzzo senza inibitori. L’analisi è stata realizzata per acciaio di armature sia in soluzioni alcaline (pH 12.6), sia in soluzioni vicine alla neutralità (pH 6.4). Per i provini in malta, gli inibitori sono stati aggiunti all’acqua di impasto. Misure periodiche di potenziale di corrosione e densità di corrente di corrosione sono state svolte tramite l’utilizzo di tecniche elettrochimiche per valutare l’efficacia come inibitori di ogni sostanza, insieme a prove di voltammetria ciclica. Alla fine dell’esposizione è stata misurata la perdita di massa, che poi è stata convertita in velocità di corrosione e confrontata con le velocità di corrosione calcolate mediante misure elettrochimiche. Misure di pH e ossigeno disciolto in soluzione sono state realizzate per produrre una più completa descrizione. Quando gli inibitori sono stati aggiunti a soluzioni alcaline già contenenti cloruri, sia la curcumina che l'acido ascorbico non si sono dimostrati efficaci. Nel caso in cui gli inibitiori sono stati aggiunti prima dei cloruri, i risultati per l'acido ascorbico sono vicini a quelli di nitriti e fosfati, con efficienze di inibizione maggiori del 90%; in ogni caso i valori di velocità di corrosione delle armature in soluzione con acido ascorbico sono risultati non trascurabili. Per quanto riguarda le soluzioni neutre, gli inibitori sperimentali sono risultati non efficaci. Per quanto riguarda le prove in malta, i risultati per acido ascorbico sono comparabili a quelli riferiti a nitriti e fosfati, ma le velocità di corrosione sono risultate comunque basse anche in assenza di inibitore.