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Corrosion et protection des armatures
Guy TACHÉ (CEFRACOR)
• 1) Corrosion des armatures : ce que l’on sait et ne sait pas
• 2) Corrosion en milieu hydraulique (hors milieu marin)
1
• Comment les armatures se corrodent ?
• Comment prévenir la corrosion ?
• Comment les protéger ?
• Nota : liste non exhaustive
Les processus de corrosion
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
Na+
Cl-
H+
ia
H O2
OH-
e-
anode
Cl-
Les processus de corrosion
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
Na+
Cl-
H+
ia
H O2
OH-
e-
anode
Cl-
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
e-Ox
q
Redq-1
ic
H O2
M++
M++
M++M++
M++
M++
M++
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
cathode
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
Na+
Cl-
H+
ia
H O2
OH-
e-
anode
Cl-
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
e-Ox
q
Redq-1
ic
H O2
M++
M++
M++M++
M++
M++
M++
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
cathodeCourant de corrosion
Les processus de corrosion
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
Na+
Cl-
H+
ia
H O2
OH-
e-
anode
Cl-
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
e-Ox
q
Redq-1
ic
H O2
M++
M++
M++M++
M++
M++
M++
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
cathodeCourant de corrosion
Les processus de corrosion
Variation du potentiel: polarisation
La passivité de l’acier
- Formation d’oxydes protecteurs, stables
- Nécessité d’alcalinité, d’oxygène et d’eau
Mécanisme de la corrosion des armatures 9
pH
8
9
10
11
12
13
14
5 h 2j 7j 28j 3 mois 6 mois 13 mois 2 ans
Mécanisme de la corrosion des armatures 10
716 715 714 713 712 711 710 709 708 707 706 7050
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
1h= To
2 days
1 month
3 months
6 months
8 months
Inte
nsi
ty (
arb
itra
ry u
nit
s)
Binding energy (eV)
Exemple: Immersion acier poli dans une solution de 0,1 M NaOH (pH = 12,8)
Spectres XPS Fe-2p3/2 après différents temps d’immersion
Etude de la passivité en laboratoire
F. MISERQUE, B. HUET, D. BENDJABALLAH, G. AZOU, V. L’HOSTIS, H.
IDRISSI, proceedings of the Eurocorr 2005 conference, ISBN 972-95921-2-8.
Mais en réalité….
L’armature s’oxyde à l’atmosphère avant d’être noyée dans le béton….
Mécanisme de la corrosion des armatures 13
Exemple: Armatures de la Maison du Brésil (Cité U, Paris) : 50 ans
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET,
Proceedings of the Eurocorr 2007.
Béton
10 µm
Métal
Mécanisme de la corrosion des armatures 14
Béton
10 µm
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
385
299676
Wave number (cm-1)
Goethite
a-FeOOH
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET,
Proceedings of the Eurocorr 2007.
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
Métal
Mécanisme de la corrosion des armatures 15
Béton
10 µm
0
50
100
150
200
250
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Wüstite
659
Wave number (cm-1)
FeO
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET,
Proceedings of the Eurocorr 2007.
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
Métal
Mécanisme de la corrosion des armatures 16
Béton
10 µm
0
100
200
300
400
500
600
700
800
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Magnetite670
Fe3O4
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET,
Proceedings of the Eurocorr 2007.
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
Métal
Mécanisme de la corrosion des armatures 17
Béton
10 µm
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Hematite
411
293
227
1326
Wave number (cm-1)
a-Fe2O3
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET,
Proceedings of the Eurocorr 2007.
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
Métal
Mécanisme de la corrosion des armatures 18
Béton
10 µm
Epaisseur 10-50 µm
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET,
Proceedings of the Eurocorr 2007.
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
Métal
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
Diagnostic
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
Réparation, méthodes électrochimiques
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
? 24/06/2010 24 Rencontre Cefracor N°13
Protection contre la corrosion
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
Amorçage (« initiation »)
Comment prévenir la corrosion
• Augmenter l’enrobage
• Améliorer la qualité du béton
• Inhibiteurs incorporés
• (Revêtements sur béton)
• Armatures galvanisées
• Armatures acier inox
• (Armatures revêtues époxy)
Protection contre la corrosion: amélioration de la qualité du béton
• Objectif : ralentir la pénétration des agents agressifs
• Diminution du rapport E/C
• Additions au ciment (par ex : laitier)
• Attention à ne pas réduire la capacité du complexe à protéger les armatures (maintien de la passivité)
DEPASSIVATION
1) Carbonatation
2) Chlorures
Carbonatation
• Mécanisme connu
• Propagation = f(t) : complexe (t ½)
• Détermination de la profondeur de carbonatation in situ
• On ne sait pas: Mesurer le pH in situ, de manière non destructive
• Rapporter toujours à des enrobages
Chlorures
• Origine : milieu marin et sels de déverglaçage
• Pénétration : plusieurs modèles
• Dépassivation : complexe (pas seulement « pitting»)
• Existe-t-il une teneur limite en chlorures ?
• Probablement pas de valeur unique
• Signification ?
32
Chlorures: aspect macroscopique
• Formation d’interstices, ou cellules occluses
• Echange de matière réduit entre l’intérieur de la cellule et l’extérieur,
• Modification de la chimie locale
• Formation de rouille verte (GRII)
• Dissolution des armatures
33
• [OH-] : nature du ciment, teneur en K, dosage, additions, rapport [Cl-]/[OH-]
• Conditions rédox : teneur en O2 à l’interface acier/béton (porosité, humidité,...)
• Effet physique : présence de vides ou cavités
Chlorures: paramètres influant sur la teneur limite
Composition de la solution interstitielle
mmoles / kg
0
50
100
150
200
250
300
350
5 h 2j 7j 28j 3 mois 6 mois 13 mois 2 ans
CaO
Sulfates
K2O
Na2O
Courants « vagabonds »
• Courants induits (lignes HT à proximité ou dans les structures en BA ou BP)
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
e-Ox
q
Redq-1
ic
H O2
M++
M++
M++M++
M++
M++
M++
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
cathode
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
Na+
Cl-
H+
ia
H O2
OH-
e-
anode
Cl-
Armatures passives
Armatures déjà en corrosion
Ligne HT
Réseau armatures
Cd
Rs
Rt
Rp
Cd
Rs
Rt
Rp
Z
f --> 0
Courants « vagabonds induits»
• 1. Etudes statistique sur ouvrages équipés
• 2. Mesures comparatives sur ouvrages équipés et non
• 3. Expérimentations sur éprouvettes
Diagnostic
• Méthodes non destructives
• Vitesse de corrosion
• Ce que l’on ne sait pas faire
« Vitesse » de corrosion
• On ne sait pas « mesurer » une vitesse de corrosion.
• L’électrochimie analyse les relations E=f(i)
• Les procédés « injectent » des courants i (impulsions, variations) et analysent les perturbations de potentiel E: Résistance de polarisation, dont on déduit V corr
• Les courants mesurés sont très faibles et sujets à de multiples erreurs (stabilité)
• Cas du béton carbonaté : faible vitesse de corrosion et formation de couches d’oxydes résistantes, voire de fissuration de l’interface acier béton.
l’intérêt de ces mesures est très limité
• Dans ce cas, la mesure de résistance de polarisation n’a pas de signification physique, pas plus que sa transformation par un artifice de calcul en vitesse de corrosion.
Cas 1 : Mesures dans le cadre d’un diagnostic
(mesure instantanée) :
A réaliser après le tracé de la cartographie
• des potentiels.
Confirmation de l’état de corrosion des armatures
• dans les zones anodiques décelées
• Cas 2 : Pour un suivi d’ouvrage : plusieurs mesures dans le temps, en tenant compte des saisons (périodes de pluies ou d’aspersion des zones concernées). Une intégration des courants est nécessaire. Une même méthodologie de mesure, et le même appareillage doivent être utilisés.
Curatif: Protection cathodique et
galvanique • Courant imposé : recul important. Problèmes
technologiques à résoudre, durabilité des équipements, maintenance.
• Anodes galvaniques : recul plus faible, nécessité d’études à la conception, et de contrôles
• Certification : point clé du développement de cette technique
Inhibiteurs
• Incorporés dans le béton: ont besoin d’être efficaces lorsque la corrosion s’amorce, après…….20 à 50 ans, au bon endroit…..
• En réparation : appoint dans les zones où la corrosion ne s’est pas encore amorcée.
Armatures galvanisées
• Manipulation et mise en œuvre comme des armatures en acier « noir ». Problème des soudures, galvanisation après façonnage, couplage galvanique en milieu chlorures
• Milieu « carbonaté »: protection par formation d’une couche passive
• Milieu « chlorures »: augmente la durée de vie
Armatures en acier « inoxydable »
• C’est une question de « nuance » et de « coût »
• Diminution des enrobages : Λ C dur, st
• Pour S4 : diminution de 5 à 20 mm selon la classe d’exposition
• >>Aciers de type duplex
• >> Structures à haute valeur, pour une longue durée de vie
2 Béton en milieu hydraulique
(hors milieu marin)
• Hors d’eau
• Dans l’eau
Raupach 1994
Le béton
Cas courant d’un béton soumis à la pluie, aux éclaboussures, aux sels de déverglaçage,…..
Béton immergé
Réservoir sur tour
Documentation Freyssinet
Réservoir sur tour
Réservoir sur tour
Réservoir sur tour
Station d’épuration Digesteur
STEP Digesteur
STEP Digesteur
STEP Digesteur
STEP Digesteur
Biodéterioration des matériaux 2-3 octobre 2008
65
H2O, Oxygène
Biodéterioration des matériaux 2-3 octobre 2008
66
Formation de gypse,
principalement
Biodéterioration des matériaux 2-3 octobre 2008
67
RESEAUX D'ASSAINISSEMENT
• Principales conclusions :
• Confirmation du mécanisme d’attaque des bétons (bactéries > acide sulfurique)
• Importance de la qualité du béton : environnement XA3 ou XA4, ciment ES,E/C=0,45, Dosage 385 kg/m3
• Importance de la présence de l’oxygène pour la prolifération bactérienne.
Biodéterioration des matériaux 2-3 octobre 2008
68
• Corrosion des armatures : uniquement après que le béton d’enrobage ait été complètement dégradé
Barrages hydrauliques hors d’eau
• Carbonatation, essentiellement
Doc Parex Lanko
Dans l’eau
• Qualité de l’eau
• Calcium, HCO3-
• Formation d’une couche de CaCO3, en surface, colmatage des fissures
• Autres ions (chlorures, sulfates) : faible action
Corrosion et protection des armatures
Guy TACHÉ (CEFRACOR)
Je vous remercie de votre attention