Name: why concrete can fail around rebar
Uploaded: 2024-11-07T14:48:46.000Z
Duration: 1 min 27 s
Channel: JoVE

À l’intérieur d’une masse de béton, une alcalinité élevée d’hydroxyde de calcium avec un pH d’environ 13 protège l’armature en acier de la corrosion en créant une couche protectrice d’oxyde de fer, un état connu sous le nom de passivité.
En raison de la variation des potentiels électrochimiques, des régions anodiques et cathodiques se forment à la surface de l’acier.
Ces régions sont comblées par la solution saline dans du ciment hydraté, agissant comme un électrolyte.
Les ions ferreux chargés positivement de l’anode se dissolvent dans la solution saline.
En revanche, les électrons chargés négativement se déplacent vers la cathode, sont absorbés par l’électrolyte et réagissent avec l’eau et l’oxygène pour former des ions hydroxyles.
L’hydroxyde ferrique se forme lorsque les ions hydroxyles se lient aux ions ferreux. L’oxydation ultérieure de l’hydroxyde ferrique entraîne la formation de rouille.
De plus, les ions chlorure dans la pâte de ciment environnante forment de l’acide chlorhydrique aux endroits anodiques, décomposant la couche protectrice de l’acier et provoquant une corrosion par piqûres.
Une fois que l’acier rouille, il augmente de volume et exerce une pression qui peut entraîner la fissuration et l’écaillage du béton.
L’utilisation d’acier revêtu d’époxy ou de zinc ou la réduction de la perméabilité du béton peut réduire la corrosion de l’acier.

corrosion des armatures

Corrosion of Reinforcement

La corrosion des armatures en acier du béton est un processus influencé par les propriétés intrinsèques du matériau et par des facteurs externes. Le pH élevé d'environ 13, fourni par l'hydroxyde de calcium présent dans le béton, protège initialement les armatures en acier en favorisant la formation d'une couche passive d'oxyde de fer à sa surface.


 Cependant, au fil du temps et dans certaines conditions telles que la carbonatation, la pénétration de chlorure et la fissuration, cet état protecteur peut être compromis. L'acier présente des zones avec des potentiels électrochimiques différents, appelées régions anodiques et cathodiques. La pâte de ciment hydratée, contenant des sels, agit comme un électrolyte qui relie ces régions. Dans les régions anodiques, le fer de l'acier se dissout sous forme d'ions chargés positivement dans l'électrolyte, tandis que dans les régions cathodiques, les électrons sont consommés dans des réactions qui impliquent l'eau et l'oxygène du béton environnant pour produire des ions hydroxyles.


 Ces ions hydroxyles se combinent au fer dissous pour créer de l'hydroxyde ferrique, qui s'oxyde davantage pour devenir de la rouille. La présence d'ions chlorure aggrave ce processus, entraînant une corrosion localisée par piqûres en formant de l'acide chlorhydrique qui attaque la couche protectrice d'oxyde de fer. Cette corrosion peut dilater l'acier, provoquant des fissures et des éclats dans le béton.


 Les mesures préventives contre la corrosion des armatures en acier comprennent l’utilisation de revêtements protecteurs tels que l’époxy ou le zinc sur l’acier lui-même ou l’amélioration de la qualité du béton pour réduire sa perméabilité, empêchant ainsi la pénétration d’agents corrosifs.

Corrosion des armatures

À l’intérieur d’une masse de béton, une alcalinité élevée d’hydroxyde de calcium avec un pH d’environ 13 protège les armatures en acier de la corrosion en créant une protection ...

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Permeability of Concrete

Perméabilité du béton

KEY TERMS AND CONCEPTS

TERMES ET CONCEPTS CLÉS

why concrete can fail around rebar

Steel reinforcement in concrete can corrode when its protective environment changes. Fresh concrete is highly alkaline because of calcium hydroxide, with a pH of about 13. That high pH helps form a passive iron oxide layer on the steel surface, which slows corrosion.

Over time, carbonation, chloride ingress, and cracking can weaken this protection. Concrete contains hydrated cement paste with salts, and it acts as an electrolyte. Different areas of the steel then behave as anodic and cathodic regions, which creates a small electrochemical cell.

At the anodic regions, iron dissolves into the electrolyte as positively charged ions. At the cathodic regions, electrons are used in reactions with water and oxygen in the surrounding concrete to form hydroxyl ions. These hydroxyl ions combine with the dissolved iron to make ferric hydroxide, which then oxidizes into rust.

Chloride ions make the problem worse. They can cause localized pitting corrosion by forming hydrochloric acid that attacks the protective iron oxide layer. As rust builds up, the steel expands and can crack the concrete, leading to spalling.

Corrosion can be reduced in a few ways. Protective coatings such as epoxy or zinc can be applied to the steel. Another option is to improve concrete quality so it is less permeable and slows the entry of corrosive agents.

Why Concrete Can Fail Around Rebar

permeability of concrete

Concrete Durability and Water Penetration

Concrete durability depends partly on how easily water and gases can move through it. This property, called permeability, is important for judging water-tightness and resistance to chemical attack in concrete structures. Permeability is measured with comparative lab tests. In a typical test, the sides of a concrete specimen are sealed, water pressure is applied to the top surface, and the amount of water that passes through is measured. The test is often run for about ten days until a steady...

sulfate attack on concrete

Concrete Damage from Sulfate Exposure

Concrete damage from sulfate exposure starts with a whitish discoloration, often first seen at the edges and corners. As the attack continues, the concrete can crack and spall. This deterioration happens when sulfates react with hardened concrete and create new compounds that take up more space than the materials they replace. Sulfates may enter concrete from soil, groundwater, or industrial effluents. Inside the concrete, they can form calcium sulfate and calcium sulfoaluminate. The reaction...

effect of sea water on concrete

Seawater Damage and Concrete Durability

Seawater can damage concrete by changing its chemistry, increasing porosity, and lowering strength. In marine settings, concrete is exposed to dissolved salts and repeated wetting, so its durability depends on how much water can enter the material. One major form of damage is the breakdown of ettringite and gypsum, two concrete minerals that can dissolve in seawater. As these materials are lost, the concrete becomes more porous. Salt can also crystallize inside pores, especially above the...

acid attack on concrete

Concrete Damage from Low pH Water

Concrete damage from low pH water happens when acids react with the hydrated cement paste. This reaction dissolves the paste, so the concrete becomes softer and weaker. The problem is often seen in chimneys, sewers, and industrial settings. The amount of damage depends on how acidic the water is. When pH falls below 6.5, the attack becomes more severe. A pH below 4.5 can cause major concrete damage. The rate of damage also depends on how fast hydrogen ions move through the cement gel. This...

alkali aggregate reaction in concrete

How Moisture Cracks Alkali-Reactive Concrete

Alkali-aggregate reaction in concrete can weaken a structure when siliceous minerals in the aggregate react with alkaline hydroxides from cement. The reaction makes an alkali-silica gel, which pulls in water and swells. As the gel expands inside the rigid cement paste, it creates pressure that can crack and disrupt the concrete. The damage comes from both osmotic hydraulic pressure and the swelling of the solid reaction products. Particle size also matters. Fine siliceous particles can cause...

corrosion of reinforcement

Steel reinforcement in concrete can corrode when its protective environment changes. Fresh concrete is highly alkaline because of calcium hydroxide, with a pH of about 13. That high pH helps form a passive iron oxide layer on the steel surface, which slows corrosion. Over time, carbonation, chloride ingress, and cracking can weaken this protection. Concrete contains hydrated cement paste with salts, and it acts as an electrolyte. Different areas of the steel then behave as anodic and cathodic...

key terms and concepts

Learn how concrete’s high pH protects steel rebar, why carbonation and chlorides trigger rust, and how coatings and dense concrete help prevent cracking.

Why Concrete Can Fail Around Rebar | JoVE K12

JoVE Core Civil Engineering provides a foundational exploration of essential construction materials in civil engineering, focusing on bricks, stones, steel, wood, and concrete through easy-to-understand animated videos. This collection covers the properties, manufacturing processes, and practical applications of these materials. Additionally, the accompanied science-in-action videos demonstrate the research experiments performed in laboratories.

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Why Concrete Can Fail Around Rebar

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