Anodes galvaniques. Pour le traitement de la corrosion des armatures dans le béton CROA. Saint-Nazaire, Le 31 mai B. Thauvin, CETE de l Ouest

Transcription

1 CROA Saint-Nazaire, Le 31 mai 2012 Anodes galvaniques Pour le traitement de la corrosion des armatures dans le béton B. Thauvin, CETE de l Ouest Ministère de l'écologie, de l'énergie, du Développement durable et de l'aménagement du territoire

2 Contexte, enjeux Surface de tablier (%) par type de matériau Acier Autres Maçonnerie 1% 3% 4% 74 % d ouvrages en béton buses métalliques buses béton Tablier mixte 4% 4% 11% béton armé béton précontraint 26% 48% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% Patrimoine des ponts sur le RRN 2

3 Contexte, enjeux ~ 40 % > 36 ans ~ 60 % entre 0 et 36 ans Parc vieillissant Probabilité de dégradations forte à moyen/long terme Cause principale de dégradation : Corrosion des armatures - Carbonatation - Chlorures 3

4 Rappel sur la corrosion Dégradations Phénomènes visibles à l oeil Seuil de passivité Phénomènes non visibles mais mesurables Pas de dégradations visibles (pénétration CO2 et Cl-) 4 Incubation Amorçage Propagation Ruine Diagnostic Temps

5 Rappel sur la corrosion - Carbonatation (CO2) - Pénétration des chlorures (Cl-) Rupture de la couche passive 5 Formation d oxydes de mer expansifs

6 Rappel sur la corrosion Dégradation évolutive 1 Fissures le long des armatures (avec ou sans tâches de rouille) 2 Amorçage d éclats de béton 3 Éclats de béton avec armatures apparentes 4 Perte de section des armatures 5 Réduction de la capacité portante 6

7 Dégradations Seuil de passivité Traitement des structures corrodées - Enrobage suffisant - Béton de qualité - Conception, Exécution - Maintenance (ragréages locaux et protection de surface) Traitement préventif Objectifs : - Garantir une protection suffisante des armatures vis-à-vis de la pénétration des agents agressifs 7 Incubation Amorçage Propagation Ruine Temps

8 Dégradations Traitement des structures corrodées - Protection de surface (peintures, revêtements) - Réalcalinisation - Déchloruration Traitement préventif/curatif Objectifs : - Stopper la pénétration des agents agressifs - Restaurer le milieu passivant - Extraire les polluants Seuil de passivité 8 Incubation Amorçage Propagation Ruine Temps

9 Dégradations Traitement des structures corrodées - Réparations conventionnelles (ragréages, reconstitution du béton d enrobage) - Protection par courant imposé - Protection par anodes Traitement préventif/curatif Seuil de passivité 9 Incubation Amorçage Propagation Ruine Temps

10 Protection cathodique Formation d oxydes de mer expansifs 1 0 Protection cathodique

11 Protection cathodique 1 1 Le courant Consommation de l anode Mesure du courant Critères de performance - Constant Courant dans imposé le temps - Choisi au préalable - Débité par un Nongénérateur Oui NF EN Anodes galvaniques - Fluctue selon de la demande de l armature - Débité par le couple anode/cathode Oui Uniquement si prévu Pas vraiment

12 Avantages «revendiqués» - Pas de besoin de source d énergie extérieure - Protection complémentaire aux réparations conventionnelles - Préparation de surface simplifiée - Faibles coûts des contrôles et de la maintenance - Utilisation possible pour le béton précontraint Limites «reconnues» - Valeurs de potentiel et de densité de courant limitées - Durée de vie des anodes restreinte - Surveillance possible uniquement dans des zones prévues initialement - Peu de retour sur des critères de performance 1 2

13 Différents systèmes d Anodes discrètes installées sur armatures - Prévention de l apparition de corrosion induite par des réparations ponctuelles - Noyau d alliage enveloppé d un mortier cimentaire (ou matrice hydraulique) - Système de liaison pour fixation et connexion électrique aux armatures 1 3

14 Différents systèmes d Anodes discrètes en réseau «Systèmes en peigne» - Traitement de surfaces plus importantes - Amélioration de l homogénéité de la protection - Posées dans des forages et reliées en peignes - Noyau d alliage sacrificiel (divers formats) enveloppé d un mortier cimentaire spéciale (ou matrice alcaline) 1 4

15 Différents systèmes d Anodes discrètes en réseau «Systèmes en peigne» Anodes en ligne : Traitement de zone linéique (Talon de poutre par ex.) Anodes en boucle : Traitement de zone linéique à forte densité Anodes en quinconce : Traitement de zone surfacique 1 5

16 Différents systèmes d Anodes discrètes en réseau «Systèmes en peigne» 1 6

17 Différents systèmes d Anodes discrètes en réseau «Systèmes en peigne» 1 7

18 Différents systèmes d Anodes surfaciques Projection thermique de zinc 1 8 Bandes de zinc collées

19 Prescription La structure a-t-elle besoin d être réparée? Non Réparation «conventionnelle» NF EN 1504-X* Et/Ou Réparation «électrochimique» Anodes galvaniques Courant imposé Anodes discrètes Anodes surfaciques 1 9 *NF EN 1504-X : Produits et systèmes codir du pour 9 décembre la protection 2008 et la réparation des bétons

20 Prescription Dans les zones présentant des éclats de béton, des fissures : Réparation conventionnelle (piquage, nettoyage, mortier) Dans les zones visuellement saine : - PCAG = Alternative à la purge du béton, notamment pollué par les chlorures - Prévention des phénomènes de corrosion induite 2 0

21 Prescription Phénomène de corrosion induite «Macro-pile» Réparation «conventionnelle» 2 1

22 Prescription Phénomène de corrosion induite «Macro-pile» 2 2

23 Prescription Phénomène de corrosion induite «Macro-pile» 2 3

24 Dimensionnement 2 niveaux de protection (selon NF EN 12696) Niveau de protectio n Prévention cathodiqu e Protection cathodiqu e Description Empêche l apparition de nouveaux Haut sites niveau de corrosion de protection, Arrêt de la corrosion active Densité de courant (ma/m²) 0,25 à 2,0 2 à 20 Protection cathodique par courant imposé Protection cathodique par Anodes galvaniques 2 4

25 Dimensionnement - Estimer par le calcul de besoin de courant de protection * Hypothèse fonction de l état de la structure (diagnostic) - Déterminer la masse d anodes ans) * Fonction de la capacité des anodes (constructeurs) * Fonction de la durée de vie exigée dans le CCT (15 à 40 - Déterminer le nombre et la position des anodes Fourniture d une nomenclature (plan) : - Repérage et numérotation des zones et de la forme des anodes - Type et nombre d anodes 2 5 Pré-requis : - Diagnostic de durabilité du béton armé - Plan de ferraillage et de coffrage, exposition (humidité)

26 Contrôles Contrôles préliminaires : - Caractéristiques des anodes (masse, dimensions) - Présence éventuelle de défauts - Numéro de lot et de référence - Continuité électrique des armatures Indicateurs à suivre : - Intensité du courant - Dépolarisation - Potentiel de protection ON/OFF 2 6 * Mesures sur des surfaces de référence représentatives (accès après replis de l entreprise) * Enregistrement à partir d un système de monitoring (variabilité)

27 Contrôles Intensité du courant - Suivi du bon fonctionnement des anodes - Calcul de la durée de vie résiduelle des anodes 2 7

28 Contrôles Dépolarisation - Écart entre le potentiel des armatures protégées («On») et le potentiel libre des armatures («Off») - Écart mesuré sur 24h Évaluation de l efficacité de la protection 2 8

29 Contrôles Potentiels On/Off Exemple : Potentiel Off 2 9

30 Contrôles Potentiels On/Off Exemple : Potentiel On 3 0 Seuil NF EN12696 (PCCI) : -720 mv / Ag/AgCl

31 Conclusions 3 1 Diagnostic préalable capital et indispensable Effective pour éviter l apparition de nouveaux sites de corrosion (béton pollué par Cl- par ex.) Rôle préventif en complément des réparations conventionnelles (éviter le formation d une «macro-pile») Adaptée aux structures en BA en milieu aérien humide Coût d installation important (mais bilan à faire sur le cycle de vie de l ouvrage) Contrôles spécifiques et suivi dans le temps (mesures et enregistrements périodiques => coût à prendre en compte) Large choix de procédés et d anodes Garantie contractuelle : 5 à 10 ans en général (critères?) Compétence du personnel : Certification EN15257 (3 niveaux) Absence de référentiel normatif!

32 Conclusions Plan de recollement 3 2

33 Conclusions Guide pratique à l attention des : - Gestionnaire, - Moe, - Entreprises, - Fournisseurs de procédés, - Laboratoires d études et de contrôles. Donne les éléments de compréhension de la technique : - Principes, - Modes de conception et de dimensionnement - Contrôles à la réception et contrôles de suivi, - Domaines d applications, durabilité, garanties 3 3