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

L’objectif global de cette méthode est de mesurer la valeur seuil de chlorure qui est un paramètre essentiel, caractérisant la capacité du béton armé à résister à la corrosion. Ce paramètre est nécessaire dans tous les modèles actuels pour prédire la corrosion induite par le chlorure dans le béton. Bien qu’il soit bien connu que les valeurs seuils de chlorure dépendent fortement de facteurs tels que les matériaux utilisés, il est courant de s’appuyer sur des valeurs générales stipulées dans les normes ou les manuels.

Le principal avantage de notre méthode est qu’elle permet d’effectuer des essais de structures de génie civil. Ceci est similaire aux méthodes bien établies pour tester les propriétés mécaniques telles que la résistance du béton. En testant des échantillons de structures, nous garantissons des conditions réelles qui influencent considérablement les valeurs seuils de chlorure.

À titre d’exemple, l’interface acier-béton qui ne peut pas être imitée de manière représentative dans les échantillons produits en laboratoire. Commencez par sélectionner les zones d’essai dans la structure en béton comme décrit dans le protocole textuel. Localisez les barres d’acier d’armature dans le béton à l’aide d’un appareil de balayage manuel non destructif, communément appelé détecteur d’acier d’armature.

Déplacez le détecteur en acier dans les directions horizontale et verticale sur la surface du béton à l’intérieur de la zone d’essai. À l’aide de craie, marquez temporairement chaque barre d’acier d’armature en forme de grille sur la surface du béton. Sélectionnez les emplacements pour le carottage de carottes d’un diamètre d’au moins 150 millimètres.

Marquez-les et étiquetez-les sur une surface en béton. Percez les noyaux de béton contenant le segment d’acier d’armature selon les procédures et les normes courantes. Après le perçage, retirez le noyau de béton de la structure, par exemple, à l’aide d’un ciseau.

Enfin, enveloppez le noyau dans une feuille de type diffusion pour préserver les conditions d’humidité lors du transport vers le laboratoire. Réduisez la couverture de béton à l’avant, qui est le côté exposé à l’origine par une coupe au diamant refroidie à l’eau. Visez une épaisseur finale de l’enveloppe de béton de l’échantillon de l’ordre de 15 à 20 millimètres.

Ensuite, établissez une connexion de câble et protégez les extrémités des barres d’acier d’armature contre les fausses initiations de corrosion lors de l’essai d’exposition. Pour ce faire, utilisez d’abord une perceuse à carotter d’un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre de la barre d’acier d’armature pour enlever le béton autour de l’acier à chaque extrémité de la barre sur une longueur maximale de 10 millimètres. Grattez les restes de la pâte de ciment adhérant à la surface de l’acier à l’aide d’outils appropriés.

Ensuite, percez un petit trou dans l’une des extrémités des barres d’acier et utilisez une vis autotaraudeuse métallique pour fixer une cosse de câble à la barre d’acier. Remplissez l’espace créé autour des deux extrémités des barres d’acier avec une pâte de ciment dense, un mortier ou un coulis, en versant soigneusement la boue dans les trous. Enduisez également la patte d’extrémité de la vis de la connexion du câble.

La procédure qui vient d’être décrite est cruciale pour éviter une fausse initiation à la corrosion. Ce qui signifie que la corrosion aux extrémités de la barre d’acier se produit. Pour limiter la surface exposée, enduire la surface latérale du noyau d’une résine époxy, enduire également les extrémités de la barre en acier de renforcement et la connexion du câble.

Avec la même résine époxy, enduisez les parties terminales de la surface du béton exposé sur le côté du noyau, qui était auparavant le plus proche de la surface du béton structurel. Laissez une longueur exposée non revêtue de 60 à 80 millilitres le long de la barre d’acier de ce côté. Placez tous les échantillons dans le réservoir avec le côté de l’échantillon présentant 15 à 20 millilitres d’épaisseur de béton revêtu, vers le bas.

Montez les échantillons sur de petits espaces pour permettre l’exposition de la solution aux échantillons par leur dessous. Ensuite, placez l’électrode de référence dans la solution d’exposition. Connectez tous les échantillons à un enregistreur de données automatisé, qui peut mesurer individuellement les potentiels des barres d’acier d’armature par rapport à l’électrode de référence commune.

Remplissez le réservoir d’eau du robinet à un niveau tel que tous les côtés inférieurs des échantillons de carottes soient en contact avec la solution, mais qu’ils ne soient pas totalement immergés. Maintenez le contact entre l’électrode de référence et la solution d’exposition, démarrez immédiatement l’enregistrement des données en mesurant les potentiels de tous les échantillons par rapport à l’électrode de référence. Après une à deux semaines dans une solution sans chlorure, remplacer la solution d’exposition par la solution préparée de chlorure de sodium à 3,5 en poids.

Poursuivre la surveillance des potentiels des échantillons et vérifier régulièrement l’état de corrosion de chaque échantillon en évaluant l’évolution enregistrée des potentiels dans le temps de chaque échantillon et en tenant compte du critère d’initiation de la corrosion. Après 60 jours, augmentez la concentration de chlorure de sodium dans la solution à 7 % en poids. Après 120 jours, augmentez la concentration de chlorure de sodium dans la solution à 10 % en poids.

Après cela, maintenez la concentration de chlorure à ce niveau. Lors de l’évaluation des potentiels d’acier enregistrés pendant l’exposition, utilisez ces deux critères d’initiation de la corrosion pour vérifier l’état de corrosion de chaque échantillon. Le premier critère est une diminution potentielle de plus de 150 millivolts par rapport au niveau passif dans un délai de cinq jours ou moins.

Le deuxième critère est que pendant les 10 jours suivants, le potentiel restant stable au niveau négatif atteint diminue encore ou se rétablit d’un maximum de 50 millivolts. Une fois que ce critère d’initiation de la corrosion est satisfait, retirer immédiatement l’échantillon de la solution d’exposition. Documentez le temps écoulé avant l’initiation de la corrosion de l’échantillon.

Pour commencer l’analyse de l’échantillon, divisez d’abord l’échantillon pour retirer la barre d’acier. Coupez le noyau de béton par l’arrière, avec une lame de coupe diamantée refroidie à l’eau. Assurez-vous que la section est perpendiculaire à la surface arrière et alignée parallèlement à la barre d’acier d’armature.

Pour éviter d’endommager la barre d’acier, assurez-vous que la profondeur de coupe n’atteint pas l’acier. Gardez environ 10 millimètres pour une marge de sécurité. Insérez un ciseau ou un outil similaire et divisez le noyau de béton en deux moitiés pour diviser le béton autour de la barre d’acier.

Retirez délicatement la barre d’acier d’armature du béton, cela laisse les deux moitiés de l’échantillon de béton avec les empreintes de la barre d’acier. Documentez immédiatement l’aspect visuel de l’interface en acier-béton en examinant à la fois la surface de l’acier et les empreintes de la barre d’acier dans le béton. Pour effectuer l’analyse des chlorures et déterminer la teneur critique en chlorure, retirez les pièces revêtues d’époxy au moyen d’une découpe au diamant refroidie à l’eau sur les deux moitiés du noyau de béton.

À partir des prismes obtenus, retirez le béton et la zone de couverture, en utilisant un revêtement diamanté refroidi à l’eau jusqu’à deux millimètres jusqu’à la barre d’acier. Ensuite, broyez le béton et récupérez la poudre de broyage. L’épaisseur de cette étape de broyage est de quatre millimètres.

Sécher les échantillons de poudre de béton obtenus à 105 degrés Celsius jusqu’à un poids constant. Ensuite, calculez la moyenne des deux valeurs. Documentez le résultat de l’analyse des chlorures, c’est-à-dire la teneur critique en chlorure pour l’échantillon spécifique.

Assurez-vous d’indiquer si la valeur est exprimée en pourcentage en poids de béton ou en poids de ciment. Cette figure montre un exemple de potentiels d’acier surveillés lors d’une exposition au chlorure en laboratoire. Le potentiel peut diminuer considérablement, en très peu de temps, mais le processus de corrosion ne peut pas se propager de manière instable, ce qui devient apparent en raison de l’augmentation du potentiel vers son niveau passif initial.

Après environ 60 jours d’exposition, le potentiel diminue finalement de plus de 150 millivolts et reste négatif pendant 10 jours. Ainsi, le critère de division de l’échantillon est rempli. Cette figure montre un exemple de la tache de corrosion visuellement apparente sur la barre d’acier après la division de l’échantillon.

Des résultats représentatifs de la teneur critique en chlorure ont été obtenus dans un tunnel vieux de plus de 40 ans dans les Alpes suisses. Le graphique montre les résultats de 11 carottes de béton, ce qui permet d’obtenir la distribution statistique de la teneur critique en chlorure de l’élément structurel étudié. Contrairement aux expériences empiriques des structures, qui aspiraient à une définition obtenue après l’initiation de la corrosion.

Cette méthode permet de mesurer les valeurs seuils de chlorure pour les éléments structurels ou les structures spécifiques avant que la dégradation par corrosion ne se produise. Par rapport à une pratique courante consistant à utiliser des valeurs seuils de chlorure tabulés constants, l’application de notre méthode dans la pratique de l’ingénierie améliorera la précision des évaluations de l’état et le pouvoir prédictif des modèles pour analyser le service restant des structures.