Protocole expérimental pour déterminer la valeur de seuil de chlorure pour la Corrosion dans les échantillons prélevés sur des Structures en béton armé

Summary

Nous vous proposons une méthode pour mesurer un paramètre qui est très important pour l’évaluation de la corrosion ou prédictions de structures en béton armé, avec le principal avantage de permettre l’analyse des échantillons d’ouvrages d’art. Cela garantit des conditions réelles à l’interface acier-béton, qui sont cruciales pour éviter les artefacts des échantillons de laboratoire faits.

Abstract

Le vieillissement des infrastructures en béton armé dans les pays développés impose un besoin urgent pour les méthodes d’évaluation fiable de l’état de ces structures. La corrosion de l’acier d’armature incorporé est la cause la plus fréquente pour la dégradation. Il est bien connu que la capacité d’une structure de résister à la corrosion dépend fortement de facteurs tels que les matériaux utilisés ou de l’âge, il est courant de s’appuyer sur seuil valeurs normes prévues ou les manuels. Ces valeurs seuils pour l’initiation de la corrosion (C_crit) sont indépendants des propriétés réelles d’une certaine structure, ce qui limite clairement l’exactitude des évaluations de la condition et les prédictions de vie service. La pratique d’utiliser les valeurs des tableaux remontent à l’absence de méthodes fiables pour déterminer C_crit sur place et en laboratoire.

Est présenté ici, un protocole expérimental pour déterminer C_crit pour différents ouvrages ou éléments de charpente. Un nombre d’échantillons de béton armé est tirée d’ouvrages d’art et essais de laboratoire corrosion est effectuée. Le principal avantage de cette méthode est qu’elle assure des conditions réelles concernant les paramètres qui sont bien connus, une grande influence sur C_crit, telles que l’interface acier-béton, qui ne peut pas être imité représentativement en produite en laboratoire des échantillons. Dans le même temps, l’essai de corrosion accélérée en laboratoire permet la détermination fiable du C_crit avant l’initiation de la corrosion sur la structure testée ; Il s’agit d’un avantage majeur sur toutes les méthodes d’évaluation condition communes qui permettent seulement estimer les conditions pour la corrosion après l’initiation, c'est-à-direlorsque la structure est déjà endommagée.

Le protocole donne la distribution statistique de C_crit pour la structure testée. Ceci sert de base pour les modèles de prévision probabiliste pour la durée restante à la corrosion, ce qui est nécessaire à la planification de la maintenance. Cette méthode permet potentiellement à l’essai des matériaux d’infrastructures civiles, semblables à des méthodes éprouvées, utilisées pour les essais mécaniques.

Introduction

Corrosion de l’acier dans le béton, déclenchée par la pénétration des chlorures dans le béton, est la cause la plus fréquente de la dégradation prématurée des structures en béton armés et précontraints et présente donc un des défis plus importants en génie civil^1,2,3,4. Les pays industrialisés ont généralement un large inventaire de vieillissement des infrastructures de béton, construits dans la seconde moitié du siècle dernier et donc avec une histoire de plusieurs dizaines d’années d’exposition au climat marin ou dégivrage sels utilisés sur les routes. Être en mesure d’évaluer avec fiabilité la condition de ces structures, par exemple, le risque pour la corrosion, forme la base pour la planification des travaux d’entretien et de gestion de l’infrastructure, en général.

L’approche établie dans l’ingénierie de gestion induite par le chlorure en acier contre la corrosion dans le béton est issu d’un chlorure seuil valeur (aussi appelée contenu, critique chlorure C_crit)^{1,5, 6}. selon ce concept, initiation de la corrosion est censée se produire dès que la concentration de chlorures dans le béton à la surface de l’acier dépasse le seuil de_crit C. Ainsi, évaluer l’état des structures existantes et à estimer la durée de vie restante en général comptent sur la détermination de la teneur en chlorures à différentes profondeurs dans le béton, en particulier à la profondeur de l’acier d’armature incorporé. Un certain nombre de méthodes fiables et standardisées existe pour mesurer cette concentration de chlorure dans les échantillons de béton^7,8. En comparant les résultats à C_crit fournit la base pour l’évaluation du risque de corrosion et de la planification, le type et l’ampleur des mesures de réparation. Toutefois, cette approche nécessite des connaissances de C_crit.

Différentes normes internationales et recommandations, ainsi que texte livres, précisez les valeurs pour C_crit^1,3,9,10,11. Il s’agit généralement environ 0,4 % chlorure en poids de ciment, basée sur l’expérience à long terme ou début d’études^12,13. Toutefois, il est bien connu que la résistance réelle contre C_crit d’une structure ou un élément de structure est fortement influencée par les matériaux utilisés, à l’âge de la structure et par l’exposition histoire et conditions^{1 , 5}. ainsi, il est généralement admis que l’expérience d’une structure ne doit être appliqué à d’autres structures avec prudence.

Malgré cela, il est fréquent d’ingénierie pratique pour utiliser les valeurs C_crit , indépendants de la structure réelle. Cela peut s’expliquer par la dispersion énorme de C_crit dans la littérature et par l’absence de méthodes fiables pour déterminer C_crit sur place et dans le laboratoire⁵. L’approche de l’utilisation de valeurs tabulées de seuil dans les évaluations de la durabilité est à la différence des considérations structurales dans les évaluations de l’état de vieillissement des structures en béton. Dans ce dernier cas, il existe un certain nombre de méthodes d’essai normalisées afin de déterminer les propriétés mécaniques, tels que la résistance des matériaux dans la structure (béton, acier d’armature), à utiliser dans les calculs du comportement structural.

Dans ce travail, est présenté un protocole expérimental pour déterminer C_crit sur des échantillons prélevés sur des ouvrages d’art. L’approche est basée sur le forage de carottes de béton armé dans les parties des structures en béton où la corrosion n’a pas encore commencé. Ces échantillons sont transférées au laboratoire où ils sont soumis à un essai de corrosion accélérée afin d’étudier les conditions d’initiation de la corrosion. Le principal avantage de la méthode proposée est que les échantillons proviennent de structures et donc les conditions réelles d’exposition concernant un certain nombre de paramètres qui sont bien connus à grandement influence C_crit et qui ne peut pas être représentative imité dans produite en laboratoire des échantillons. Cela inclut le type et l’âge du béton (béton contre mature site-produits béton jeune laboratoire), la surface et type de condition de l’armature en acier utilisés à l’époque de la construction et en général les propriétés de l’acier-béton ¹⁴de l’interface. Ainsi que l’exactitude des méthodes de mesure de laboratoire, cette approche permet la détermination fiable du C_crit pour structures spécifiques ou des éléments de charpente.

L’application du protocole suggéré dans la pratique de l’ingénieur - comparera avec la pratique courante d’utiliser une valeur constante pour C_crit - améliorer l’exactitude des évaluations de la condition et la puissance prédictive des modèles pour analyser les durée de vie restante. La forte augmentation attendue des travaux de réfection de nos infrastructures construites au cours des prochaines décennies¹⁵ pose un besoin urgent d’une telle amélioration en génie de la corrosion des infrastructures.

Protocol

1. prélèvement d’échantillons sur la Structure d’ingénierie

1. sélectionnez les zones de test dans la structure de béton en tenant compte de la remarque ci-dessous.
   Remarque : Une zone d’essai est la zone d'où plusieurs échantillons seront prélevés. Une zone de test devrait être situé dans un élément de structure (probablement à partir d’un lot de béton) et présentent une exposition homogène à l’environnement (par exemple, éviter des différences significatives dans l’échantillonnage de hauteur dans des colonnes ou des murs). Ainsi, plusieurs zones de test peuvent être choisis au sein d’une structure d’ingénierie. Comme une exigence supplémentaire, la zone d’essai doit être exempt de dommages de corrosion. Ceci peut être vérifié selon les résultats des méthodes d’inspection établies, y compris les essais non destructifs comme potentiel cartographie ^{16 , 17 , 18}. Notez que la pénétration de chlorure est déjà survenu dans la charpente à l’examen. Cela n’affecte pas la validité de la méthode d’essai décrite ici, mais peut influencer le temps nécessaire à la corrosion, essais en laboratoire.
2. Dans chaque zone d’essai sur la structure, choisissez des emplacements d’échantillonnage (sites d’échantillonnage). Choisissez des emplacements d’échantillonnage sont exempts de nids d’abeille, fissures, écaillage ou d’autres signes de qualité localement mauvaise couverture de béton ou de détérioration.
   1. Localiser barres de l’acier d’armature dans le béton au moyen d’un dispositif de balayage non destructive, poche, communément appelé " renfort acier détecteur " ¹⁹. Déplacez le détecteur en acier à la fois horizontal et verticales directions sur le béton de surface dans la zone d’essai et marquent (à l’aide de craie) chaque armature acier barre temporairement sur la surface du béton (forme de grille).
   Emplacements de
   2. select pour carottage des noyaux d’un diamètre d’au moins 150 mm ; Marquer et marquez-les sur la surface du béton (à l’aide de la craie). Évitez les intersections d’échantillonnage des barres dans le cœur d’armature. Sélectionnez les emplacements de telle sorte que les barres d’armature en acier sera aussi centralement situé que possible dans la carotte.
      Remarque : Veillez à sélectionner les barres d’acier qui présentent un intérêt pour l’évaluation de la structure (généralement la couche avec la profondeur de la couverture plus bas) ; Il est particulièrement important de faire la distinction entre barres orientés verticalement et horizontalement que cela ait une influence sur la corrosion de rendement ²⁰.
   3. Pour tenir compte de la variabilité inhérente à C _crit et être en mesure de fournir des données statistiques, sélectionnez un minimum de 5 sites (idéalement 10) pour l’échantillonnage dans une zone d’essai.
   4. Prendre en considération des conséquences structurelles en ce qui concerne le nombre et la position des noyaux forés à partir de la structure afin d’éviter tout affaiblissement critique de la structure due à l’échantillonnage.
   5. Documenter la position de tous les échantillons dans la charpente avec précision avant l’échantillonnage (photographies, croquis montrant les distances aux bords, etc.)
      Remarque : Ceci peut également inclure la documentation des paramètres mesurés sur place aux emplacements correspondants tels que les potentiels électrochimiques acier ^{16 , 17 , 18} , couvrir les mesures de profondeur ¹⁹ ou autres résultats de tests non destructifs tels que béton résistivité.
3. Les béton carottes de forage (diamètre minimum de 150 mm) contenant le segment de renfort en acier selon les normes et procédures communes ²¹.
   1. Pour éviter d’endommager l’interface acier-béton, effectuer le carottage avec soin (refroidi à l’eau de forage, sharp, perçage, outils, etc.) régler la profondeur de carottage selon la qualité du béton et la profondeur de la couverture de la acier d’armature.
      Remarque : en règle générale, la longueur de la carotte doit être au moins 2 - 3 fois l’épaisseur. Normalement, cela permet de briser le cœur de la structure sans nuire à l’interface acier-béton.
   2. Enlever l’eau liquide à la surface du noyau en béton. Étiquetez clairement le noyau avec un marqueur craie imperméable à l’eau.
   3. Envelopper le noyau dans une feuille étanche de diffusion afin de préserver les conditions d’humidité pendant le transport au laboratoire.

2. Préparation en laboratoire des échantillons

Remarque : appliquez ces étapes pour chaque échantillon (core) provenant de la structure afin des pour préparer pour les tests de laboratoire corrosion. Cette modification vise à accélérer l’essai de corrosion (réduction de la couverture de béton), tout en préservant les conditions dans le noyau et offrent une protection contre les fin-les effets indésirables (p. ex., corrosion caverneuse).

1. Ajuster la couverture de béton sur l’avant et l’arrière de l’avant-trou.
   1. Réduire la couverture de béton à la face avant (qui est le côté exposé à l’origine) par la taille du diamant refroidi à l’eau afin d’obtenir une épaisseur de l’enrobage final de l’échantillon de l’ordre de 15-20 mm ( Figure 1 un -b).
   2. S’assurer que l’épaisseur de l’enrobage est uniforme sur le côté à être exposés. Mesurer la couverture de béton aux deux extrémités de l’armature en acier bar (c'est-à-dire à la face latérale du noyau), avec un pied à coulisse. Si nécessaire, utilisez coupe ou outils de polissage afin d’éliminer toutes les différences d’épaisseur de couverture supérieure à 1 mm.
   3. Mesurer l’épaisseur du béton derrière l’armature en acier avec un pied à coulisse ou un dirigeant à la face latérale du noyau et s’assurer qu’il est ~ 30-50 mm ( Figure 1 b). Si nécessaire, couper le noyau avec la taille du diamant refroidi à l’eau.
      Remarque : Aucun polissage n’est nécessaire sur ce côté-ci.
2. Établir une connexion par câble et de protéger la barre extrémités en acier d’armature de l’initiation de la corrosion faux lors de l’exposition par la procédure suivante Figure 1 c.
   1. Utiliser un foret de carottage avec un diamètre intérieur légèrement plus grand (de 2 à 4 mm) que le diamètre de la barre d’armature en acier pour enlever le béton directement autour de l’acier à chaque mesure fin sur une longueur de maximum 10 mm. Scratch les restes de ciment coller adhérant à la surface de l’acier avec l’aide des outils adéquats (spatule métallique, petit ciseau, etc.)
   2. percer un petit trou dans une des extrémités des barres en acier et un métallique vis auto-taraudeuse permet de fixer une cosse de câble (connectée à un câble en cuivre) à la barre en acier. Assurez-vous que la cosse est fermement appuyée contre l’acier d’armature.
      Remarque : Le diamètre de la vis doit être légèrement plus grand (par exemple, de 0,1 - 0,2 mm) que celui du trou percé dans l’acier afin de garantir une connexion solide et serrée.
   3. Placer le filetage de la vis dans l’acier d’armature et faire en sorte qu’il ne dépasse pas l’élément de renfort en acier à n’importe quel endroit que cela affectera probablement les mesures électrochimiques et le comportement à la corrosion.
      Remarque : Ceci peut être assurée à l’aide de vis courtes et en prêtant attention à la direction du perçage du trou (parallèle à l’axe de l’acier). Il est plus facile de percer parallèlement à l’axe de la barre en acier si la face de la barre en acier de coupe est perpendiculaire à la barre d’axe. Il est donc important que les barres d’armature sont centralement situés dans le noyau, dans le cas contraire, la face de coupe en acier n’est pas perpendiculaire à l’acier bar axe.
   4. Ne pas utiliser de brasage, soudage par points ou des techniques similaires pour établir la connexion de câble électrique, car le chauffage peut-être influencer l’acier ou l’interface acier-béton dans l’échantillon.
   5. Combler le vide créé around que les deux acier bar se termine avec un pâte/mortier/coulis de ciment dense en versant délicatement la boue dans les trous. Aussi enduire la vis et la cosse du câble. Produit à base de ciment
      1. utiliser un polymère modifié pour cela afin d’assurer la bonne protection d’adhésion et à la fin.
         Remarque : Il existe une gamme de produits commerciaux commercialisés comme les mortiers de réparation ou similaires (voir Table des matières). Il est important que le produit ne contient pas un inhibiteur de corrosion ou d’autres substances qui affectent le comportement électrochimique de l’acier.
      2. S’assurer que cette pâte/mortier/coulis de ciment est appliquée et guéri correctement, c'est-à-dire, selon le fournisseur ' instructions de s.
3. Appliquer un revêtement époxy afin de limiter la surface exposée.
   1. Avant l’application de l’enduit, laisser la surface du béton a quelques jours de séchage à température ambiante et le climat intérieur. Éviter agressif (par exemple, dans le four) ou longue (plus d’un 1-2 semaines) car cela peut changer la microstructure du béton (fissures) et ainsi influer sur les résultats des essais de séchage du noyau.
   2. Enduire la surface latérale du noyau avec une résine époxy. Aussi enrober la barre se termine et le branchement du câble (vis, cosse de câble, etc.) en acier d’armature (c - D de la Figure 1).
   3. Avec la résine époxy, également enduire les parties de la fin de la surface de béton apparentes sur le côté du noyau, qui était auparavant plus proche de la surface de béton structurale ( Figure 1 d). Laissez une longueur (non enrobée) exposée le long de la barre en acier de ce côté-ci de 60-80 mm.
   4. Quitter la face béton supérieure non couchée (c'est-à-dire, du côté opposé du côté exposé, comparez Figure 1 d).
      Remarque : La résine époxyde utilisée doit être appropriée pour application sur béton (stable dans des conditions alcalines, faciles à étaler, par exemple, avec un pinceau, etc.)
   5. appliquer l’enduit, de sorte qu’il forme une barrière étanche de diffusion vers l’exposition ultérieure pour le chlorure contenant la solution. Assurez-vous que l’épaisseur du revêtement est au moins 2 mm. vérification qu’aucun pores et trous ne sont visibles dans le revêtement. Si nécessaire, appliquer plusieurs couches de la résine.
   6. Le protocole peut être suspendu ici ; envelopper l’échantillon à nouveau dans une feuille étanche diffusion.

3. Essai de corrosion

1. Prepare le le programme d’installation pour l’exposition à la solution.
   1. Place tous les échantillons dans un réservoir, avec le côté de l’échantillon présentant 15 à 20 mm de béton couvrent épaisseur vers le bas. Monter les échantillons sur des petites entretoises permettant l’exposition de la solution aux échantillons par leur dessous ( Figure 2).
   2. Choisir un réservoir avec des dimensions permettant une distance entre les échantillons de béton et entre les échantillons et les parois du réservoir d’au moins 4 cm ; la hauteur de la cuve est idéalement de l’ordre de 15-30 cm.
2. Préparer l’instrumentation pour enregistrement de données.
   1. Place une électrode de référence dans la solution d’exposition ( Figure 2).
      Remarque : Pour une électrode de référence, tout type d’électrode de référence stable adapté pour une immersion dans la solution d’exposition peut être utilisé (par exemple une Ag/AgCl/KCl _sat électrode de référence). Mesures spéciales peuvent être nécessaires pour éviter la contamination de la solution de l’exposition de l’électrolyte de l’électrode de référence et vice versa.
   2. Se connecter tous les échantillons à un enregistreur de données automatisé, ce qui permet de mesurer individuellement les potentiels de l’armature barres d’acier vs l’électrode de référence commun ( Figure 2). Utiliser un enregistreur de données avec une impédance d’entrée supérieure à 10 ⁷ Ohm.
   3. Définir l’intervalle de mesure de l’enregistreur de données au moins 4 mesures par jour pour chaque échantillon ; de préférence, utiliser un intervalle de 1 h pour chaque échantillon.
3. Commencer à une exposition à une solution sans chlorure.
   Remarque : Le début de l’exposition à la solution correspond au temps t ₀ = t = 0, pour chaque échantillon.
   1. Remplissez le réservoir avec de l’eau (pH de 6.5 à 8.0, sans chlorure, qualité de l’eau potable). S’assurer que le niveau d’eau est telle que tous les côtés inférieurs des carottes sont en contact avec la solution, mais qu’ils sont pas totalement immergé (c'est-à-dire, avec le visage d’échantillon supérieure au-dessus du niveau de l’eau). Maintenir le contact entre la solution électrode et l’exposition de référence ( Figure 2).
   2. Immédiatement démarrer la journalisation des données, c'est-à-dire les potentiels de tous les échantillons par rapport à l’électrode de référence de mesure.
   3. Suivre les potentiels pendant plus de 1-2 semaines et considèrent que les potentiels devraient atteindre des valeurs stables, dans une gamme indiquant acier passivité.
      Remarque : En général, c’est autour de -100 à + 200 mV vs Ag/AgCl/KCl _sat ¹.
   4. Dans certains cas, les exemples supposent des potentiels nettement plus négatif à -100 ; immédiatement inspecter les échantillons plus en détail (voir section 5). Effectuez cette étape également si le potentiel varie considérablement au cours de l’exposition à la solution sans chlorure.
4. Commencer exposition aux chlorures.
   1. Après 1 - 2 semaines dans une solution sans chlorure, remplacer la solution d’exposition avec une solution préparée de 3,5 % NaCl en poids. L’eau déminéralisée permet de préparer cette solution de chlorure. Utiliser un volume de solution de chlorure égale à la solution initiale sans chlorure (même profondeur d’immersion). Fermer le réservoir de l’exposition avec un couvercle (recommandé) pour limiter l’évaporation de la solution et les changements connexes dans la concentration de chlorure.
   2. Pendant l’exposition de chlorure, régulièrement (au moins une fois par 2 semaines), vérifier le niveau d’eau en ce qui concerne les échantillons. Si nécessaire, ajoutez de l’eau désionisée. Limite de renouveler la solution de toute exposition à un minimum, car cela favorise le lessivage du béton.
   3. Continuer à surveiller les potentiels des échantillons et régulièrement (à chaque fois par semaine) vérifie l’état de corrosion de chaque échantillon en évaluant l’évolution enregistrée des potentiels au fil du temps de chaque échantillon et en examinant le critère pour l’initiation de la corrosion sens de l’article 3.5.
   4. Après 60 jours, augmenter la concentration de NaCl dans la solution à 7 % en poids. Après 120 jours, augmenter la concentration de NaCl dans la solution à 10 % en poids. Après cela, maintenir à ce niveau, la concentration de chlorures.
5. Évaluer les potentiels surveillés au fil du temps afin de détecter l’initiation de la corrosion.
   Remarque : Pendant l’exposition, les échantillons présentent généralement relativement stables potentiels au sein d’environ +/-30 mV des valeurs initiales de l’exposition à l’eau sans chlorure. Cette aire de répartition potentielle sera considérée comme une " niveau passif " ci-après ( Figure 3). Il peut être différent pour chaque échantillon individuel.
   1. Lorsqu’on évalue les potentiels en acier enregistrés pendant l’exposition, utilisez le suivant critère pour l’initiation de la corrosion pour vérifier l’état de corrosion de chaque spécimen. Les deux conditions suivantes doivent être remplies pour l’initiation de la corrosion (< forte classe = « xfig »> Figure 3) :
      1. vérifier si le potentiel diminue de plus de 150 mV de la passive niveau dans un délai de 5 jours ou moins.
      2. Pendant les 10 jours suivants, cocher si le potentiel reste au box sur le niveau atteint négatif, diminue encore, ou récupère un maximum de 50 mV.
         Remarque : Pour plus d’informations informations sur ce critère pour la détection de l’initiation de la corrosion Voir la Discussion.
   2. Une fois ce critère pour l’initiation de la corrosion est convaincu, immédiatement retirer l’échantillon de la solution de l’exposition et procédez comme décrit dans la section 4. Le document de l’époque à l’initiation de la corrosion (t _ini) de cet exemple ( Figure 3). Continuer l’essai d’exposition avec les échantillons restants.
   3. Si la diminution potentielle du niveau passif est inférieur à 150 mV, observer de près l’échantillon au cours de la durée d’exposition qui viennent. Si le potentiel diminue encore et atteint un niveau stable, considérez ceci comme un changement d’état de corrosion.
      1. Accorder une attention particulière à ces échantillons en vérifiant l’état de corrosion avec des mesures alternatives (par exemple, mesurer la résistance de polarisation linéaire ²²) ou par leur analyse enfin tel que décrit à l’article 4. Si le temps de l’initiation de la corrosion ne peut clairement être attribué, rejeter l’exemple.
   4. Si la chute de tension est prononcée (dépassant 150 mV en quelques jours), mais suivie d’une augmentation de potentiel au cours des jours suivants vers le niveau initial passif ( Figure 3), laisser l’échantillon dans l’exposition solution de surveillance plus.
   5. Une attention particulière aux situations où tous les potentiels des échantillons exposés dans la même cuve exposition subissent des modifications simultanées en potentiel. Dans ce cas, immédiatement vérifier l’électrode de référence et corrigez-le ou remplacez-le par un neuf si nécessaire.
      NOTE : Échanger la solution ou augmentation de la concentration de chlorure en général conduit à des changements dans le potentiel. Cela peut être lié à l’établissement des potentiels de diffusion différentes aux deux jonctions de l’électrode de référence/solution d’exposition ou l’exposition solution/béton échantillon ²³. Ces modifications affectent tous les échantillons exposés de la même façon dans le même réservoir. Ils n’indiquent pas de changements dans l’état de corrosion.
      Remarque : Si l’électrode de référence est instable ou s’infiltre dans la solution, il exposera une dérive. En conséquence, tous les potentiels en acier surveillés affichera la même tendance au fil du temps. Cela n’indique pas de changements dans l’état de corrosion.

4. Analyse de l’échantillon après l’Initiation de la Corrosion

1. Split l’échantillon pour supprimer la barre d’acier.
   1. Après le retrait d’un échantillon de la solution de l’exposition, divisée (comme au point 4.1.2), le noyau en béton pour approfondir les analyses et l’examen visuel de la surface de l’acier et du béton à l’interface acier-béton.
   2. Couper le noyau en béton de sa face arrière (celui non exposé à la solution) avec une lame à diamant refroidi à l’eau ( Figure 4). Assurez-vous que la section est perpendiculaire à la surface arrière et aligné parallèlement à la barre d’armature en acier. Pour éviter d’endommager la barre en acier s’assurer que la profondeur de coupe est inférieure (d’environ 10 mm) à l’épaisseur de l’enrobage de ce côté-ci.
   3. Insérer un ciseau ou un outil similaire et diviser le noyau en béton en deux moitiés ; cela divisera le béton autour de la barre d’acier.
   4. Retirer délicatement l’armature en acier du concret, cela laisse les deux moitiés de l’échantillon de béton avec les empreintes de l’acier barre ( Figure 5 a).
2. Examiner visuellement l’interface acier-béton.
   1. Immédiatement les document (photographies, dessins, etc.), l’aspect visuel de l’interface acier-béton en examinant aussi bien la surface de l’acier et la barre en acier empreintes dans le béton. Faites attention à ce qui suit.
   2. Documenter l’emplacement et la morphologie de la corrosion.
      Remarque : L’ou les lieux de l’initiation de la corrosion peut généralement être facilement identifié par les produits de corrosion précipité ( Figure 5 a). Marquer le nombre et la position de ces taches. La couleur des produits contre la corrosion est également intéressant. En général, à la Division des cellules, ils sont noir/noir/vert. Lorsqu’il est exposé à l’air, ils deviennent brun/rouge
   3. Vérifier le spécimen pour l’initiation de la corrosion faux, c'est-à-dire la corrosion qui a initié à ou près de la barre en acier se termine. Si c’est le cas, rejeter l’échantillon et notez qu’aucun C _crit peut être déterminée.
      Remarque : La Corrosion qui initie pendant l’essai à ou près de la barre en acier se termine, c'est-à-dire au sein de 15 mm d’acier bar se termine, est considéré comme initiation de la corrosion faux. C’est peut-être en raison de situations de crevasse, barre (p. ex., remplissage de mortier pauvre ou époxy poreux), des mesures de protection d’extrémité d’acier insuffisante, soit parce que le métallique à vis pour le branchement du câble dépasse l’acier bar (sections 2.2 et 2.3).
   4. Document vides ou les pores du béton. Prendre note de la question de savoir si l’emplacement de vides ou de pores coïncide avec l’emplacement de l’initiation de la corrosion.
   5. Document tout signes distinctifs tels que fissures, nids d’abeille, agrégats grossiers, corps étrangers, de nouer les fils, entretoises, etc.., dans le béton et leur position à l’égard de l’emplacement de l’initiation de la corrosion.
3. Mesurer la profondeur de carbonatation.
   1. Documentation immédiatement après, vaporisez les surfaces de béton split avec solution de phénolphtaléine et déterminer la profondeur de carbonatation ²⁴.
      Remarque : Il est essentiel de noter que la profondeur de carbonatation atteint la surface de l’acier et sinon, ce que la distance de la profondeur de carbonatation à la barre en acier. Cela doit être déclarée ainsi que les résultats.
4. Effectuer des analyses de chlorure et déterminer C _crit.
   1. Sur les deux moitiés de la carotte de béton, enlever les parties qui ont été recouvert de résine époxyde par le biais de refroidi à l’eau diamant coupe ( Figure 6 a).
   2. De prismes obtenus, enlever le béton dans la zone de couverture au moyen de la taille du diamant refroidi à l’eau jusqu'à 2 mm pour l’acier bar ( Figure 6 b). Sécher le béton à 105 ° C pendant la nuit.
   3. Par la suite, moudre le béton et recueillir la poudre abrasive ; l’épaisseur de cette étape de broyage est de 4 mm ( Figure 6 c). Cela donne, chacun la moitié du noyau en béton, un échantillon de béton en poudre à la profondeur de la barre en acier de +/-2 mm.
   4. Sécher les échantillons de poudre de béton obtenue à 105 ° C jusqu'à masse constante. Analyser la concentration de chlorures solubles dans l’acide dans la poudre séchée de béton selon normes ^{7 , 8}. Calculer la moyenne des deux valeurs.
      Remarque : Le résultat est la teneur en chlorure sous forme de pourcentage en poids du béton.
   5. Si la teneur en ciment du béton dans l’échantillon spécifique utilisé pour l’analyse du chlorure peut être déterminée (par exemple, par le biais de méthodes adaptées ^{25 , 26 , 27}), convertir la teneur en chlorures en pourcentage en poids de ciment.
   Le résultat de l’analyse de chlorure, qui est la teneur en chlorures critique C _crit pour l’échantillon spécifique du document
   6. . N’oubliez pas d’indiquer si la valeur est exprimée en pourcentage en masse de béton ou en poids de ciment.
5. De consigner les résultats dans un rapport de test pour chacun exemple.
   1. Signaler tous les effets documentés de l’inspection visuelle (section 4.2), ainsi que les résultats de test (potentiels enregistrés dans le temps, des temps d’initiation de la corrosion, la profondeur de carbonatation et C _crit).

5. Gestion des Situations spéciales

1. si potentiels négatifs avant l’exposition au chlorure sont observés, par exemple, si l’acier potentiel devienne clairement négatif au cours de l’exposition initiale à la solution sans chlorure (section 3.3), porter une attention particulière à ce qui suit.
   1. Envisager un événement d’initiation de la corrosion faux.
      1. Verify initiation de la corrosion faux en enlevant la barre en acier se termine par une coupe à chaque barre en acier fin du béton de l’échantillon (taille du diamant refroidi à l’eau). Retirer jusqu'à ~ 20 mm de béton de chaque côté.
      2. Mesurer à nouveau le potentiel de l’acier en plaçant une électrode de référence à l’aide d’une éponge mouillée sur la surface exposée du béton et en contactant électriquement la face de coupe de la barre d’acier.
      3. Si le potentiel est encore relativement négatif, rejeter l’exemple.
      4. Si le potentiel est de l’ordre des niveaux passives des autres échantillons de la même série, envisager de ré-utilisation de l’échantillon pour déterminer C _crit. Dans ce cas, passez à l’étape 2.2 du protocole. Quand on fait état des résultats, indiquent que cet échantillon était plus petit (plus courts exposés en acier longueur de barre) que les autres.
   2. Si l’initiation de la corrosion faux peut être exclue, vérifier si le béton à la profondeur en acier était déjà gazéifié et examiner la détermination de la concentration de chlorure à la profondeur en acier. Si carbonatation ou une concentration très élevée en chlorure explique l’initiation de la corrosion sur le mouillage, documenter cela dans le rapport du test et notez qu’aucun C _crit peut être déterminé en l’espèce.
      Remarque : Ceci peut se produire si le béton à la profondeur en acier était déjà gazeuses et/ou contenue une quantité suffisante de chlorure sur le mouillage par la corrosion. Cela peut être le cas lorsque les échantillons ont été prélevés à partir d’une structure dans une période sèche, c'est-à-dire, lorsque aucune corrosion active ne se déroulait dans la structure et par conséquent, aucune corrosion pouvait être détecté au moyen de méthodes d’inspection visées à l’article 1.

Results

La figure 7 affiche des potentiels en acier typiques surveillés pendant l’exposition de chlorure dans le laboratoire. Ces deux exemples montrent que le potentiel peut diminuer sensiblement dans un délai très court, mais que le processus de corrosion peut encore stablement propage pas, qui apparaît à travers une augmentation du potentiel vers son niveau initial passive. Dans ce protocole, le temps d’initiation de la corrosion, c'est-à-dire, l’heure à laquelle l’exposition est arrêtée et C_crit est déterminée, est défini par une chute de tension marquée suivie de 10 jours de potentiels négatifs (voir la section 3.5.2 et le Discussion pour plus de détails).

Il est fréquent que cela peut prendre plusieurs mois jusqu'à ce que l’initiation de la corrosion stable intervient. Cela dépend aussi de la teneur en chlorures initiale déjà présente dans le béton lorsque les échantillons sont prélevés dans les structures. Dans certains cas des expériences menées jusqu'à présent, il a fallu plus d’un an, jusqu'à ce que la corrosion initiée.

La figure 8 montre un exemple de C_crit mesurée dans 11 échantillons prélevés sur un plus de tunnel routier âgé de 40 ans dans les Alpes suisses. Tous ces échantillons ont été prélevés dans un espace de 1 à 2 m², donc vraisemblablement identiquement produites et exposés. Dans cet exemple, la teneur en chlorure à la surface de l’acier au moment de l’échantillonnage était négligeable. En outre, le front de carbonatation était encore loin de la surface de l’acier.

La figure 9 montre deux exemples où l’acier potentiel ont diminué fortement exposés à la solution sans chlorure. Dans un de ces cas précis, il a été lors de l’examen (destructrice) subséquente de l’échantillon constaté que le béton à la profondeur en acier a été déjà gazéifié. À l’arrivée d’eau à la surface de l’acier, le processus de corrosion ainsi immédiatement commencé. Dans l’autre cas, initiation de la corrosion faux s’est produite dans l’un de l’acier barre des extrémités.

Figure 1 . Dessin schématique de l’échantillon prélevé d’une Structure et un traitement en laboratoire : (un) noyau en béton avec un morceau intégré d’acier d’armature ; (b) réduisant la couverture de béton sur le côté exposé et sur la face arrière de la taille du diamant refroidi à l’eau ; (c) acier barre protection fin au moyen d’enlever certains béton autour de l’acier et son remplacement par une pâte/mortier dense et époxy ultérieures ; et (d)-revêtement époxy sur les faces latérales et sur les zones de la fin de la surface exposée du béton. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2 . Schéma de l’installation pour l’essai de Corrosion dans le laboratoire. Cela illustre le positionnement des échantillons dans le réservoir de l’exposition. Entretoises servent à assurer un contact à la solution de l’exposition de la surface d’échantillon de fond. Tous les échantillons sont reliées à un enregistreur de données, mesurant le potentiel de chaque échantillon par rapport à une électrode de référence placée dans la solution de l’exposition. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3 . Dessin schématique du temps-les évolutions possibles de la potentielle de l’acier qui illustre le critère pour l’Initiation de la Corrosion. Au point 1, un potentiel goutte à moins de 150 mV de l’initiale « niveau passif » se produit ; au point 2, un potentiel goutte au moins 150 mV se produit, qui est suivie par la repassivation ; au point 3, un potentiel d’une baisse d’au moins 150 mV se produit (à moins de 5 jours maximum) et le niveau de potentiel négatif obtenu est maintenu pendant 10 jours. À t_ini, retirer l’échantillon de la solution de l’exposition. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4 . Dessin schématique illustrant la coupe et le fractionnement de l’échantillon de béton après la détection de l’Initiation de la Corrosion. Tout d’abord, une « tranchée » est coupée de l’arrière, en parallèle à la barre en acier. En insérant un ciseau ou un outil similaire, la tranchée peut servir à diviser l’échantillon, comme indiqué par les flèches. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5 . Photographies illustrant l’analyse de l’échantillon après l’Initiation de la Corrosion. (a) les deux moitiés de l’échantillon après fractionnement et (b) la rouille tache est visible à l’acier de surface après l’initiation de la corrosion. Photographies de différents échantillons. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 6 . Schématique dessin illustrant l’échantillonnage pour l’analyse chlorure après Initiation de la Corrosion : (un) enlèvement de pièces de revêtement époxy de la carotte de béton split (violet = sécants) ; (b) enlever le couvercle béton jusqu'à 2 mm de la surface de l’acier (violet = plan de coupe) ; (c) de meulage sur un intervalle de profondeur de +/-2 mm de la barre épaisseur d’acier (rouge = volume d’échantillon). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Figure 7 . Exemples de mesurée potentiels vs temps courbes. Les gouttes possibles généralement prononcés qui peuvent être suivis d’une augmentation potentielle (repassivation) jusqu'à ce que l’initiation de la corrosion stables selon le critère suggéré lance enfin. (a) montre un cas où le potentiel se stabilise sur le plan négatif, et (b) est un exemple où le potentiel continue à diminuer au cours de la période étudiée de 10 jours. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 8 . Exemple de C_crit mesuré dans 11 échantillons Taken partir dans un petit Beton quartier dans une période de plus de 40 ans, ancienne route du Tunnel dans les Alpes suisses. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 9 . Exemples de potentiel marqué diminue immédiatement après une exposition dans une Solution sans chlorure. Dans un cas, le béton à la profondeur en acier a été déjà gazéifié, donc à l’arrivée d’eau à la surface de l’acier, le processus de corrosion commencé immédiatement, conduisant à une diminution nette de potentiel. Dans l’autre cas, initiation de la corrosion faux s’est produite dans l’un de l’acier bar se termine, qui ici a entraîné une diminution potentielle plus graduelle. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Discussion

Les étapes plus critiques pour le succès du protocole expérimental proposé pour déterminer C_crit sont ceux dont les mesures prises pour prévenir l’initiation de la corrosion fausses et autre acier barre effets de fin. À cet égard, différentes approches ont été testées, parmi lesquels le protocole signalé ici a été trouvé pour donner les meilleurs résultats²⁸. Dans des essais, cette approche a permis diminuant le taux d’initiation faux à moins de 10 %. D’une part, cela est due au revêtement de la zone frontalière de la surface exposée de béton avec de la résine époxy, qui augmente la durée du transport des chlorures dans le béton à la barre en acier se termine bien. En revanche, remplaçant le béton original autour de la barre en acier à ses extrémités par une dense, fortement alcalines coulis cimentaires améliore considérablement la résistance à la corrosion dans ces domaines. Ces systèmes, c'est-à-direenduit l’acier bar se termine par une couche d’un matériau cimentaire modifié aux polymères, ont fait leurs preuves aussi dans les autres études^29,30.

Un autre aspect important est le critère pour l’initiation de la corrosion. Ce critère est basé sur le Comité technique RILEM TC-235 visant à recommander une méthode d’essai pour le mesurage du C_crit dans les échantillons fabriqués dans le laboratoire³¹. La justification est qu’il est bien connu que le début de corrosion de l’acier non polarisée encastrée dans le béton pourrait avoir lieu sur une longue période de temps plutôt qu’à un instant précis^30,32. En acier peut commencer de corrosion à des concentrations relativement faibles de chlorure mais si ce ne sont pas en mesure de soutenir le processus de corrosion, repassivation aura lieu, qui devient apparent par une augmentation potentielle vers le niveau passif initial. Ces événements depassivation-repassivation sont généralement observées dans semblables études^30,33,34. La concentration de chlorure mesurée à la fois de corrosion stable est plus pertinente pour la pratique à l’heure où les prémices très des écarts éventuels par rapport au niveau passif deviennent apparents. Avec le critère suggéré, C_crit représente la concentration de chlorure au cours de laquelle la corrosion initie et propage aussi stable.

Une limitation de la méthode est que les échantillons sont relativement faibles, qui peuvent avoir une influence sur les résultats^35,,³⁶. Pour contrer cela, il est conseillé d’utiliser un nombre relativement élevé d’échantillons (idéalement 10). Le niveau de confiance dépend de la distribution statistique de C_crit dans le domaine de l’essai proprement dit. Pour plus de détails se référer à cet égard, pour faire référence à³⁶. Une autre limite est que les conditions d’humidité dans l’exposition en laboratoire peuvent différer de celles d’une structure réelle. Enfin, la détection de l’initiation de la corrosion peut être difficile dans les cas où le potentiel est généralement négatif, comme dans les ciments de scories ou autres liants contenant du sulfure.

Au meilleur de notre connaissance, c’est la première méthode de détermination de_crit Cen ouvrages d’art à un stade avant l’initiation de la corrosion. Contrairement à l’expérience empirique des structures, qui est par définition obtenue après l’initiation de la corrosion, cette méthode peut être utilisée pour mesurer C_crit pour structures spécifiques ou des éléments de charpente avant la dégradation de la corrosion se produit ; les résultats permet donc d’évaluer le risque de corrosion (futur) et de prédire le temps restant à l’initiation de la corrosion (modélisation de vie service). Ainsi, cette méthode a le potentiel pour être utilisés comme outils de test, semblables à des méthodes éprouvées, utilisées pour les essais mécaniques (résistance à la compression, etc.)

La méthode actuellement appliquée à un certain nombre de différentes infrastructures de béton en Suisse. Cela élargira la connaissance sévèrement limitée⁵ sur les distributions statistiques de C_crit dans les structures. En outre, il révèlent l’influence de différents facteurs comme l’âge des structures, les matériaux de construction utilisés, etc.et ainsi fournir des informations importantes pour les ingénieurs civils et pour les décideurs dans la gestion des infrastructures.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
		toronné	d’au moins 0,50 mm² ;; idéalement fil de cuivre, étamé Vis
		métallique autotaraudeuse	toute vis autotaraudeuse appropriée, généralement d’une longueur de 4 à 5 mm et d’un diamètre d’environ 2,5 mm
Cosse			annulaire adaptée pour connecter la vis et le câble
SikaTop Seal-107	Sika		coulis de mortier imperméable à base de ciment modifié aux polymères en deux
Epoflex 816 L	Adisa
Réservoir			d’exposition tout réservoir approprié (par exemple boîte Rako) avec un couvercle suffisamment grand pour exposer les échantillons
Électrode de			Toute électrode de référence stable adaptée à l’immersion continue dans une solution de chlorure de sodium
			du robinet
Chlorure
Enregistreur			: tout appareil capable de surveiller les potentiels de tous les échantillons par rapport à l’électrode de référence à l’intervalle spécifié (impédance d’entrée >10E7 Ohm)