Traitements électrochimiques de réhabilitation des bétons armés dégradés par corrosion Présentation et activités de recherche

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Bérengère Clément
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1 Traitements électrochimiques de réhabilitation des bétons armés dégradés par corrosion Présentation et activités de recherche Yun Yun TONG Jean DAUTHUILLE Alexandre DEMAN Division Fonctionnement et Durabilité des Ouvrages d Art LCPC - Paris Page 1/14

Plan La corrosion des aciers dans le béton Principale dégradation des BA Causes : carbonatation du béton et/ou pénétration de chlorures Fissures, taches de rouille, épaufrures, perte de

2 Plan La corrosion des aciers dans le béton Principale dégradation des BA Causes : carbonatation du béton et/ou pénétration de chlorures Fissures, taches de rouille, épaufrures, perte de sections, aciers à nu Diminution de la capacité portante I- Présentation des traitements électrochimiques de réhabilitation des bétons armés II- Présentation des activités de recherche Page 2/14

3 Protection Cathodique Objectif Abaisser le potentiel de l acier jusqu au potentiel dit de protection de manière à ce que le courant de corrosion devienne négligeable Norme NF EN (en cours de révision) Potentiel à courant coupé (-750 mv Ag/AgCl/0.5 M KCl) Décroissance du potentiel d au moins 100 mv sur 24h après coupure de courant Décroissance d au moins 150 mv pour des durées de coupure de courant plus longues Courant imposé / Courant galvanique Bien que les anodes sacrificielles soient citées dans la norme, les critères d efficacité ne sont donnés que pour de la PC à courant imposé (CEFRACOR) Prévention / Protection Cathodique Prévention 0.2 à 2 ma/m² ; Protection 2 à 20 ma/m² Traitement à vie de l ouvrage Page 3/14

4 Déchloruration Objectif Extraire les ions chlorure de l enrobage du béton (EN 206 : 0,4 % de Cl par rapport au poids de ciment) Spécification technique en cours prcen/ts Divers Durée (courant imposé) 8 à 10 semaines (1A/m² d acier) Electrolyte Suivi : dosage de chlorures quantitatif, besoin en essais de contrôles de corrosion Page 4/14

5 Réalcalinisation Objectif Redonner au béton carbonaté son ph basique Spécification technique FD CEN/TS Alimentation électrique en courant continu (maxi 50V) Courant < 4 A/m² de surface d armature Enregistrement de la charge en A/h Fin de traitement pour densité de courant total de 200 A.h/m² de surface d armature Efficacité du traitement à l aide de phénolphtaléine (coloration rose sur anneau de 10 mm autour de l acier ou le diamètre de la barre) Divers Durée (courant imposé) 1 à 2 semaines (1A/m² d acier) Electrolyte Besoin d essais de contrôle quantitatifs Page 5/14

6 Traitement électrochimique de réhabilitation + V - Na + Cl - Anode H2O O2 OH - Electrolyte 2H 2 O -----> O2 + 4H + +4e - Armature - cathode Réaction cathodique normale: O 2 +2H 2 O + 4e > 4OH - Surprotection: 2e - + 2H 2 O -----> H 2 + 2OH - Au niveau des aciers hydrolyse de l eau et obtention d OH- Au niveau du béton et de l électrolyte migration des anions (de l acier vers le parement) et migrations des cations (de l électrolyte vers l acier) Page 6/14

7 Déchloruration (recherche) Cylindres en microbéton armé Ciments : CEM I ou CEM III/B e/c : 0,45 ou 0,65 Chlorures au gâchage ou par immersion séchage Journée Durabilité 2005, France Dallettes en béton armé chlorurées en brouillard salin Contrat DRAST Poutre de la Rance : élément de structure en béton armé vieilli en zone de marnage eau de mer pendant 40 ans Nucperf 2006, France Journées des Physico-Chimistes 2006, France Publication Journal de Phys IV, 2007 Page 7/14

8 250 cm 24,8 cm B4 B3 B2 B1 Steel 012 Stirrup Sp o t Sp o t 1 Sp o t 6 Sp o t 12 Ch lo rid e d e te rm ina tio n (X,Y) 20 cm 5,4 cm Avant déchloruration ECE-(X= 45,Y= 10) X REF-(X=205,Y=10) 3.8 < Cl- ECE+ total 17months-(X= <6.7 66,Y= g% 10) poids ciment 1.3 < Cl- libre <3.9 g% poids ciment Après déchloruration extraction globale = 42% acier (70%), enrobage intermédiaire (50%) et parement (5%) Acier, Cl- libres < 0,5% 17 mois après immersion eau salée Pas de redistribution des Cl- Free %Cl- in cement weight REF+ 17months-(X= 185,Y=10) 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Wa te rtig htn e ss X ECE tre a te d a re a Reference area REF ECE ECE+17months cm depth (mm) S T E E L Page 8/14

9 Réalcalinisation (recherche) Thèse LCPC / LRMH, LISE UPMC Paris 6 Objectifs - Meilleure connaissance du traitement électrochimique de réalcalinisation par courant imposé et par courant galvanique - Mise au point de méthodes de suivi de l efficacité du traitement - Evaluation de la durabilité Eurocorr-2007, Allemagne Durability of Building Materials and Constructions-2008, Turquie International Congress Durability Construction and Structures-2008, Chine => Publication CCR, soumis 2007 Page 9/14

aluminium Electrolyte : carbonate de sodium Charge totale de courant : 200 A.

10 Corps d épreuve 7 dallettes en béton armé 300x300x50 mm, 3 aciers (Ф6 mm) CEM I, 275 kg/m 3, e/c=0.7, Carbonatation accélérée Réalcalinisation par courant galvanique (Freyssinet, Regebeton ) Cathode : 3 aciers connectés Anode sacrificielle : alliage d aluminium Electrolyte : carbonate de sodium Charge totale de courant : 200 A.h/m² (Specif) Durée du traitement : 33 jours Mesure du courant galvanique (2 < i (ma) < 6) 01-TS : béton témoin sain 02-TC : béton témoin carbonaté 03-TC : béton témoin carbonaté (faisab CO2) 08,09,10-CG : réalcalinisation CG (électrochimique) 11-CG :réalcalinisation CG (analytique) Page 10/14

Caractérisations électrochimiques Cellule électrochimique : Electrode de travail = acier Electrode de référence = calomel saturée KCl Contre

11 Caractérisations électrochimiques Cellule électrochimique : Electrode de travail = acier Electrode de référence = calomel saturée KCl Contre électrode = grille Ti / Pt Potentiostat = PARSTAT PAR2263 Caractérisations analytiques Mesures : Ecorr, Re, Rp et Calcul : Icorr Page 11/14

12 experimental Fabrication de 7 dallettes en BA, carbonatation accélérée de 6 dallettes, 4 dallettes traitées en réalcalinisation par courant galvanique. efficacité Les résultats électrochimiques montrent une tendance d augmentation du potentiel et de diminution du courant de corrosion ce qui semble indiquer une diminution de l activité de corrosion. Néanmoins, le retour à un état passif (type béton sain) n est pas observé. La phénolphtaléine révèle une augmentation de ph autour des aciers et du parement béton. Les produits de corrosion «actifs» avant traitement deviennent «stables» après traitement (micro-raman). Il n y a pas d évolution significative de la matrice cimentaire (MEB et EDS). durabilité Un an après le traitement, la phénolphtaléïne vire encore au rose mais de manière beaucoup plus faible alors que les résultats des analyses de ph quantitatives indiquent une basicité à poursuivre Page 12/14

13 Livres Steel corrosion in concrete, A. BENTUR, 1997, (ISBN ) Corrosion of steel in concrete, J. P. Broomfield, 1997, (ISBN ) La corrosion et la protection des aciers dans le béton, A. Raharinaivo, 1998, (ISBN ) Réhabilitation du béton armé dégradé par la corrosion, G. Taché, AFGC, 2003 Corrosion of steel in concrete, prevention, diagnosis, repair, L. Bertolini, 2004, (ISBN ) Articles Cathodic protection and cathodic prevention, P. Pedeferri, Construction and Building Materials, Vol 10, 1996, p391 A study on the efficiency of electrochemical realkalisation of carbonated concrete, W. Yeih, Construction and Building Materials, Vol 19, 2005, p516 Electrochemical chloride extraction : efficiency and side effets, J. C. Orellan, Cement and Concrete Research, Vol 34, 2004, p227 CD CEFRACOR Rencontre N 10 Protection cathodique galvanique appliquée au béton armé 27 mars Paris Normes ou recommandations ASTM C876 RILEM TC-154-EMC «Electrochemical techniques for measuring metallic corrosion» Half cell potential measurements Materials and Structures, Vol 36, 2003, p461 Test methods for on-site corrosion rate measurement of steel reinforced in concrete by means of the polarisation resistance method Materials and Structures, Vol 37, 2004, p623 NF EN Protection Cathodique (juillet 2000) FD CEN/TS Réalcalinisation (janvier 2005) / prcen/ts Déchloruration (avril 2007) Page 13/14

14 Echanges avec nos collègues des LR : LREP Melun : Equipe ressource corrosion LR le Bourget LR Aix (Pont sur le Loup) LR Angers (Pont Camille de Hogues) LR St Brieuc (La Rance) Etc Merci de votre attention Page 14/14

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