Carbonation du Beton et Corrosion des Armatures.pdf

7/21/2019 Carbonation du Beton et Corrosion des Armatures.pdf

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Carbonatation du bton et

corrosion des armatures


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La corrosion des armatures

La corrosion est un phnomne lectrochimique

A C

Fe Cu


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En prsence dhumidit et doxygne

Le fer se dissous sous forme dions ferreux(raction anodique)

Fe Fe++ + 2 e-


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Transformation de leau (H2O) et doxygne O2 en ionsdhydroxyde(OH-)

2 e- + O2 + H2O 2 OH-


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Les ions dhydroxyde et les ions de fer formentun prcipit dhydroxyde ferreux qui expos loxygne se transforme en hydroxyde ferrique

2OH- + Fe++ Fe (OH)2

O2

Fe (OH)3


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clatement du bton sous leffet de la corrosion desarmatures


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Dcollement du bton denrobage sous leffet dela corrosion


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Mauvaise qualit du bton denrobage


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Corrosion dun bloc dancrage de renforcement parprcontrainte extrieur


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Fissure longitudinale de corrosion au niveau

dun pile de pont


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Fissure longitudinale de

corrosion


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Corrosion des armatures: Phase finale , clatement


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Mauvais bton, dfaut denrobage ambiance corrosive,


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Conditions favorable pour lamorceet le dveloppement de la corrosion

: entretoise sous joint

intermdiaire.


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Fissuration de corrosion des armatures


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Les mcanismes de corrosion des aciers

La solution interstitielle du bton :

Anhydres du ciment : C2S, C3S, C3A , C4AF

C2S, C3S + H20 C-S-H et Ca(OH)2

Prsence de sulfates alcalins en quantit mineuredans le ciment qui ragissent avec la portlandite :

Ca(OH)2 + K2SO4 CaSO4 + 2 KOH

Ca(OH)2 + Na2SO4 CaSO4 + 2 NaOH pH > 13


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La corrosion des aciers : un phnomne lectro-

chimique

La corrosion reprsente lattaque destructive dun mtal

par des ractions lectrochimiques qui conduisent untransfert dions et dlectrons linterface mtal-solution


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chimique

Raction anodique (ou doxydation, dissolution du

mtal) : formation, partir de ltat mtallique,dions passant en solution :


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chimique

Raction cathodique : rduction dun oxydant

prsent dans la solution par

capture dlectrons fournis par lanode:

En labsence doxygne :


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chimique

En prsence doxygne


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Les ractions principales doxydo rduction sont suivies de ractions


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Les ractions principales d oxydo-rduction sont suivies de ractionssecondaires de formation des produits de corrosion la surface du

mtal:

Types de fissures dveloppes lors de la corrosion


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Types de fissures dveloppes lors de la corrosion

des aciers darmatures.


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Les tapes de la corrosion des aciers :

Phase I : amorage, incubation

Phase II : propagation


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Le schma ractionnel de la corrosion implique

la prsence simultane de quatre milieux : une zone anodique (oxydation du fer),

une zone cathodique (rduction despces

chimiques en solution : eau ou oxygne dissous), un milieu conducteur dlectrons (lacier),

un milieu lectrolytique (le liquide interstitiel du

bton).


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Induction de la corrosion : carbonatation


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Carbonatation : influence de l environnement


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Induction de la corrosion : pntration des ions

chlorures

Les chlorures agissent par rupture du film passif des

aciers (processus encore imparfaitement compris) qui

perd son caractre protecteur Les chlorures sont rarement distribus de manire

homogne la surface de lacier et le film passif est

lui-mme variable selon lendroit

Les chlorures entrainent une corrosion par (piqres)


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pntration des ions chlorures

On dfinit deux sortes de chlorures:

- Chlorures libres : se trouvent sous formeionique dans la solution interstitielle. Ils sontextractibles l'eau et sont de ce fait appelsgalement "chlorures solubles dans l'eau",

- Chlorures totaux : incluent, outre lesprcdents, ceux fortement adsorbs sur

les C-S-H et ceux chimiquement lis dans la

matrice cimentaire sous forme de composs telsque les chloroaluminates de calcium (C3Aimportant pour la fixation)


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Rem. : On considre que seuls les chlorures libres

peuvent diffuser et jouer un rle actif dans leprocessus de dpassivation et de corrosion des

armatures.

CEM I teneur relativement leve en C3A sont

plus rsistants la corrosion induite par les

chlorures (fixation dune quantit importante dechlorures qui ne seront plus disponibles pour

dpassiver les aciers).


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Concentration critique en ions chlorures au niveau des

aciers :

A la diffrence de la carbonatation, la corrosion nedmarre pas instantanment lorsque les ions chlorures

atteignent, les aciers : il faut atteindre une

concentration critique.

Cette valeur, exprime par rapport aux chlorures libres,

peut varier en fonction de nombreux facteurs (cation

associ aux chlorures, teneur en oxygne, humidit

relative, temprature, degr dhydratation du ciment,teneur en C3A, porosit, ajouts, composition acier,),

nanmoins, il est souvent admis la valeur suivante :


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Un rapport [Cl-]libre/[OH-] compris entre 0,6 et 1 conduit

gnralement une concentration "critique" en ions chlorure

totaux de lordre de 0,4 % par rapport la masse de ciment,pour un bton non carbonat (et donc des concentrations

"critiques" comprises entre 0,04 et 0,1 % par rapport la

masse de bton, suivant la formulation).


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prdiction de la dure de vie (carbonatation et chlorures)

Priode dincubation :

Modles empiriques, analytiques, numriques (

t, lois de Fick, milieux non saturs, +hypothses)

Priode de propagation :

Mmes types de modles + perte de section

dacier (courant de corrosion) + consquencesmcaniques


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Etats limites et dure de vie Dure de vie dun ouvrage = priode durant laquelle la structure assure

son niveau de service requis sous chargement normal et avec une

maintenance courante. Gnralement, dure de vie des ouvrages = priode dincubation

(approche conservative).

Aprs la phase d'incubation, on peut distinguer deux tats limites de

durabilit :

Etats limites de service (ELS) de durabilit : consquences en gnraluniquement conomiques en cas de dpassement (perte financire due

une interruption de service, cots de remise en fonctionnement,).

Etats limites ultimes (ELU) de durabilit : consquences graves d'un

dpassement vis--vis de la scurit (chutes de morceaux de bton,

perte de capacit portante, scurit,).

N.B. : contrairement aux tats limites qui concernent le

dimensionnement, ces tats limites nexistent pas (encore) dans les

textes normatifs.

i d d d i


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Tmoins de dure de vie

Exemples : tats limites de service vis--vis de la

durabilit : ELS 1 : dpassivation des armatures due une

carbonatation du bton ou une pntration deschlorures (frontire entre priodes d'incubation etde propagation).

ELS 2 : apparition des premires fissures dues laformation de produits de corrosion,

ELS 3 : clatement du bton en parement (si lachute de pices en bton ninduit pas la mise endanger de lusager).

Relev de potentiel par demi-pile


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Relev de potentiel par demi pile


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Mesure par lectrode roue


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ASTM C876


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Mesure de la carbonatation du bton


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Modle dvolution de la corrosion au cours du temps


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Le mcanisme de propagation de la corrosion.


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