Corrosion des armatures dans les bétons - Mécanisme

1 - Contexte

2 - Types de béton

• 2.1 - Béton
• 2.2 - Armatures du béton armé
  Figure 3 - a) Formes des armatures (lisse et nervurée) et b) microstructure d’une armature de béton armé (les zones noires sont de la cémentite (Fe3C))
• 2.3 - Béton fibré
• 2.4 - Béton précontraint

  • Quiz d'entraînement
  Figure 4 - a) Structure d’un fil de précontrainte et b) toron de précontrainte (diamètre 12,7 mm) Figure 5 - a) Précontrainte par prétension, b) post-tension : précontrainte interne et c) post-tension : précontrainte externe Figure 6 - Extrémités de poutres en béton précontraint par précontrainte externe

3 - Béton durci

• 3.1 - Hydratation du ciment
  Figure 7 - Hydratation d’un ciment Figure 8 - Origine des pores du ciment durci
• 3.2 - Macrostructure d’un béton durci
  Figure 9 - a) Distribution de taille des pores capillaires dans un ciment durci, b) pores millimétriques à la surface d’un béton et c) nid de cailloux
• 3.3 - Microstructure du béton
• 3.4 - Interface armature-béton
• 3.5 - Eau dans le ciment durci

  • Quiz d'entraînement
  Figure 10 - pH de la solution interstitielle d’un ciment Portland [la ligne (1) correspond à une solution saturée de Ca(OH)2  . Le pH de ce liquide correspond plutôt à une solution de potasse (KOH)]

4 - Passivation des armatures dans un béton sain

• 4.1 - Armature avant sa mise en place dans le béton
  Figure 11 - État des armatures sur un site de stockage : l’acier est recouvert d’une couche d’oxydes ne nuisant pas à l’adhérence
• 4.2 - Établissement de la passivation
  Figure 12 - Épaisseur des couches de passivation sur le fer dans une solution de soude (NaOH), entre 1 h et 8 mois. La couche de Fe II est au contact du fer (d’après [12])
• 4.3 - Étude électrochimique d’un acier dans un béton sain

  • Quiz d'entraînement
  Figure 13 - Étude électrochimique d’un acier dans un liquide basique Figure 14 - Décomposition d’une courbe de polarisation d’un acier dans un béton sain Figure 15 - Différents types d’évolution du potentiel en fonction du temps, au cours des premières semaines de la mise en contact du béton avec les armatures

5 - Effet des agents agressifs pénétrant dans le béton

• 5.1 - Transports de fluides
  Figure 16 - Mécanismes de transport d’un fluide dans un solide poreux
• 5.2 - Dépassivation de l’armature
  Figure 17 - Début de la dépassivation d’un acier Figure 18 - Méthodes pratiques pour mesurer une résistance de polarisation
• 5.3 - Produits de corrosion
  Figure 19 - Volumes de quelques produits de corrosion du fer comparés à celui du fer
• 5.4 - Conséquences mécaniques de la corrosion
  Figure 20 - Évolution des désordres dans un béton avec armatures corrodées
• 5.5 - Corrosion associée à la carbonatation
  Figure 21 - Évolution de la profondeur de carbonatation en fonction du temps Figure 22 - Passivation et corrosion dans des solutions de pH décroissants [16] Figure 23 - Détermination de la profondeur du béton carbonaté, à l’aide d’un indicateur coloré du pH Figure 24 - Représentation schématique de l’évolution dans le temps de la composition de l’interface métal/matériau cimentaire en conditions carbonatées (d’après [18]) Figure 25 - Désordres provoqués par la corrosion des armatures induite par la carbonatation et visibles à la surface du béton
• 5.6 - Corrosion associée aux chlorures
  Figure 26 - Réactions entre les espèces chlorées et les constituants du ciment durci Figure 27 - Exemples de profils de teneur en chlorure après pénétration dans un béton constamment immergé (a : avec diffusion) et en zone d’embruns (b : capillarité en plus) Figure 28 - Évolution des profils en chlorures au cœur du béton, au fil des années Figure 29 - Évolution de la teneur en chlorures à un enrobage donné mettant en évidence le temps d’amorçage de la corrosion Figure 30 - Armature ayant subi une corrosion localisée Figure 31 - Diagramme potentiel-pH du fer dans des solutions aqueuses contenant des chlorures [23] Figure 32 - Produits résultant de la rouille verte RV I, suivant la teneur en chlorures [23] Figure 33 - Schéma de la formation de produits de corrosion en présence de chlorures Figure 34 - Structures en béton armé exposées au milieu marin
• 5.7 - Aspects pratiques des généralités sur la corrosion des armatures dans un béton

  • Quiz d'entraînement
  Figure 35 - Méthode de cartographie du potentiel (de corrosion libre) Figure 36 - Localisation de la zone corrodée sur une armature dans le béton Figure 37 - Schéma de principe pour l’estimation sur site de la vitesse de corrosion à l’aide d’un potentiostat. La zone concernée par la polarisation est préalablement déterminée Tableau 1

6 - Principes de la lutte contre la corrosion des armatures

• 6.1 - Prévention
• 6.2 - Diagnostic
• 6.3 - Réparation protection

7 - Corrosion fissurante sous contrainte

• 7.1 - Caractéristiques de la corrosion fissurante sous contrainte
  Figure 38 - a) Fissure et b) cassure, dans un acier de précontrainte soumis à une corrosion sous contrainte. Sur la cassure, la lèvre de la fissure finale est à gauche Figure 39 - Ruptures dues à la fragilisation par l’hydrogène : a) diminution de la déformation ultime en fonction de la quantité d’hydrogène absorbée. L’acier S1 peut se rompre sous la déformation appliquée …
• 7.2 - Critères de rupture
  Figure 40 - Définition du facteur d’intensité de contrainte K
• 7.3 - Choix des aciers de précontrainte
  Figure 41 - Essai de corrosion sous contrainte d’un fil ou d’un toron. L’éprouvette métallique est soumise à une contrainte de traction F et placée dans un liquide qui peut être mis en circulation et chauffé ou non

8 - Conclusion

9 - Glossaire