Review on corrosion inhibitors for reinforced concrete structures: materials, performance and application perspectives

Corrosion of steel reinforcement is one of the main problems that compromise the durability of reinforced concrete structures. Corrosion inhibitors represent an effective solution that reduces chloride-induced corrosion without altering the physico-chemical properties of concrete. Traditionally, nitrite-based inhibitors, such as sodium nitrite, have been widely used due to their effectiveness but they raise concerns regarding environmental impact and human health. In recent decades, numerous organic and inorganic alternatives have been studied, including amines, alkanolamines, carboxylates, and esters. More recently, several natural compounds extracted from plants or derived from organic waste have been identified as “green inhibitors”, thanks to their biodegradability and their low environmental impact. These organic molecules typically contain electronegative atoms (mainly O and N), aromatic rings and polar functional groups able to coordinate with metal cations and form protective films on the rebar surface, delaying the time-to-corrosion and reducing its propagation rate. The present literature review focuses on the potential effectiveness of recently investigated inhibitors of both vegetal and synthetic origin. Their efficiencies were derived by using different test environments (solution, mortar and concrete) with the aim of identifying eco-sustainable alternatives, capable of increasing the service life of structures exposed to environments highly contaminated by chlorides. Suitable synergistic combinations are exposed and also some cases leading to pore blocking effect are reported. The chelation phenomenon between iron and hydroxyl groups and the combined action of functional groups containing nitrogen and oxygen allow to achieve higher levels of efficiency. Future investigations on the optimization of the extraction processes and further verification through long-term tests are still necessary.

La corrosione delle armature in acciaio è uno dei principali problemi che compromettono la durabilità delle strutture in calcestruzzo armato. Gli inibitori di corrosione rappresentano una soluzione efficace che riduce la corrosione indotta da cloruri senza alterare le proprietà fisico-chimiche del calcestruzzo. Tradizionalmente, gli inibitori a base di nitriti, come il nitrito di sodio, sono stati ampiamente utilizzati per la loro efficacia, ma sollevano preoccupazioni per l’impatto ambientale e la salute umana. Negli ultimi decenni, sono state studiate numerose alternative organiche e inorganiche, tra cui ammine, alkanolammine, carbossilati ed esteri. Più recentemente, diversi composti naturali estratti da piante o derivati da rifiuti organici sono stati identificati come “inibitori verdi”, grazie alla loro biodegradabilità e al basso impatto ambientale. Queste molecole organiche contengono tipicamente atomi elettronegativi (principalmente O e N), anelli aromatici e gruppi funzionali polari in grado di coordinarsi con i cationi metallici e formare film protettivi sulla superficie dell'armatura, ritardando il tempo di inizio della corrosione e riducendone la velocità di propagazione. La presente rassegna della letteratura si concentra sulla potenziale efficacia di inibitori recentemente studiati, di origine sia vegetale che sintetica. Le loro efficienze sono state ricavate utilizzando diversi ambienti di prova (soluzione, malta e calcestruzzo) con l’obiettivo di identificare alternative ecosostenibili, capaci di aumentare la vita utile delle strutture esposte ad ambienti fortemente contaminati da cloruri. Vengono esposte opportune combinazioni sinergiche e sono riportati anche alcuni casi che portano all’effetto di ostruzione dei pori. Il fenomeno di chelazione tra ferro e gruppi ossidrilici e l’azione combinata di gruppi funzionali contenenti azoto e ossigeno permettono di raggiungere livelli di efficienza più elevati. Sono ancora necessarie future indagini sull’ottimizzazione dei processi di estrazione e ulteriori verifiche attraverso test di lunga durata.