2.6 - Corrosion

Question 1

Nommez trois (3) cas de corrosion par différence d’oxygène.

Answer 1

Joints soudés, rivets, tas de sable, dépôts

Question 2

Comment se manifeste les dommages dus à la corrosion? (2)

Answer 2

• Expansions de l’armature -> formation de fissures -> décollement du couvert de béton
• Dommage structuraux -> en raison de la perte d’adhérence des barres et la diminution de leur diamètre effectif

Question 3

Pourquoi le béton est un milieu agréable pour les aciers d’armature?

Answer 3

Parce que le béton est un milieu très alcalin (pH=13) -> l’armature ne se corrode pas car elle est recouverte d’un film passif formé d’une solution solide

Question 4

Expliquer ce qu’est le potentiel et qu’est-ce que le potentiel d’électrode (aussi appelé potentiel normal).

Answer 4

• Le potentiel est le passage des ions d’un métal dans une solution (électrolyte) -> le métal se chargera en ions positifs
• Le potentiel d’électrode est lorsque le potentiel du métal (ΔV) par rapport à une solution tend vers une valeur stationnaire.

Question 5

Qu’est-ce que le potentiel de corrosion d’une électrode?

Answer 5

Le potentiel qu’un métal prend par rapport à un électrolyte

Question 6

De quoi dépend le potentiel de corrosion d’une électrode? (3)

Answer 6

Le type d’électrolyte, la concentration et la température

Question 7

Qu’est-ce qu’une pile galvanique?

Answer 7

Lorsque deux métaux de potentiel différent sont reliés et sont en contact avec le même électrolyte.

Question 8

Comment varie le potentiel de l’anode et la cathode?

Answer 8

Dès que le courant circule le potentiel de la cathode devient plus négatif (reçoit des électrons de l’anode) – potentiel = EC0. L’anode devient plus positive (EA0)

Question 9

Que faut-il retrouver comme condition au même moment pour qu’il y ait corrosion de l’acier? (3)

Answer 9

• Un électrolyte à forte conductibilité
• De l’oxygène à la zone cathodique
• Dissolution non inhibée (dépassivation de l’acier par l’attaque de chlorures)

Question 10

Dans quels cas il n’y a pas de corrosion?

Answer 10

• Atmosphère sèche -> humidité relative < 40% -> pas d’électrolytes
• Lorsque le béton est totalement immergé -> absence d’oxygène

Question 11

Quelles sont les deux façons d’engendrer la formation d’une cellule de corrosion?

Answer 11

• Différence dans la nature des métaux (ex : conduits en aluminium et acier armature)
• Différence de concentration de certains ions au voisinage de l’acier (alcalis, chlorures, oxygène)

Question 12

Décrivez le processus de corrosion.

Answer 12

Lorsqu’une cellule de corrosion est formée (soit par une différence entre la nature des métaux ou une différence de concentration), un des deux métaux devient l’anode et l’autre la cathode. L’anode (le fer) libère de ions Fe2+ et des électrons (2e-). La cathode (eau et oxygène) absorbe les électrons de l’anode et produit des OH-. L’anode et la cathode sont reliés par l’acier d’armature (métal conducteur) ce qui permet le passage des électrons, et le béton (milieu électrolyte) assure le transport par diffusion. Lorsque les ions de fer (Fe2+) réagissent avec les ions OH-, la rouille se forme. Les réactions se poursuivent lorsqu’il y a présence d’oxygène et il y a alors formation de nouveaux produits qui sont très expansifs.

Ex de produits expansifs : Fe(OH)3, Fe2O3, Fe3O4

Le fer métallique peu formé des oxydes dont le volume peut être jusqu’à 6 fois supérieur au volume initial.

Question 13

Qu’est-ce que le taux de corrosion?

Answer 13

Représente la quantité de fer dissous. Le taux de corrosion est proportionnel au courant de corrosion (courant développé entre la cathode et l’anode).

Question 14

Quelles sont les deux étapes de l’évolution de la corrosion des aciers?

Answer 14

Initialement, l’acier se stabilise par la couche de passivation qui empêche la formation de rouille.

1. La phase d’amorçage se produit par la dépassivation progressive de l’acier qui est engendrée par la carbonatation (baisse du pH) ou pénétration des ions chlorure.
   * *dépassivation = dissolution de l’acier
2. La rouille de propage par des réactions d’oxydation à la surface du métal.

Si la phase d’amorçage est longue, on retarde les réactions de corrosion.

Question 15

Quelles sont les deux principales méthodes pour allonger la phase d’amorçage?

Answer 15

1. Épaisseur de recouvrement suffisantes

2. Formulation de béton permettant de diminuer sa perméabilité

Question 16

Quelles sont les deux agents qui causent la dépassivation de l’acier?

Answer 16

1. Le CO2 (carbonatation)

2. La présence de chlorures au niveau des armatures

Question 17

La vitesse de corrosion des barres d’armature est-elle plus grande ou plus faible en présence de chlorures?

Answer 17

Plus grande

Question 18

Quels sont l’effet des chlorures sur les mécanismes de corrosion? (2 raisons)

Answer 18

1. Ils diminuent la résistivité de l’électrolyte (le couvert de béton) -> facilite le transport des ions
2. L’amorçage de la corrosion est plus rapide
   Lorsqu’il y a dépassivation, la couche qui protège l’acier de la corrosion se dissous et l’acier se dissous. L’acier dissous devient la zone anodique (+) alors que le reste de la surface qui n’est pas corrodé est la zone cathodique. Puisqu’il y a une différence de potentiel, il y a une progression localisée et en profondeur de la corrosion.

Question 19

Avec quels facteurs limite-on la quantité de chlorures dans le béton?

Answer 19

1. Pénétration par diffusion
2. Adjuvants
3. Granulats
4. L’eau de gâchage

Question 20

Quelles est la concentration critique à partir de laquelle les ions chlorures sont susceptibles de provoque la dépassivation des armatures?

Answer 20

Il n’est pas possible d’établir une seule concentration maximale en chlorure puisqu’elle dépend du pH. Cependant, des critères ont été proposés afin d’évaluer cette concentration critique.

Une très faible modification du pH produit une très grande variation de la concentration en OH- (et par conséquent de la concentration critique en chlorures)

Question 21

À partir de quel pH le béton peut initier la corrosion lorsqu’en présence d’une faible concentration en chlorures?

Answer 21

Béton carbonaté – pH faible d’environ 9

Question 22

Quelles sont les différentes façons qu’il y ait présence de chlorures dans le béton et à quel point interviennent-ils dans le processeur de corrosion? (p.201)

Answer 22

• Piégés chimiquement par les aluminates : peu impact sur le processus de corrosion
• Piégés physiquement par adsorption sur les parois des pores du béton : peu impact sur le processus de corrosion
• Certains granulats peuvent contenir des chlorures. Par contre, ils ne peuvent pas être lixiviés dans la solution interstitielles -> aucun rôle dans processus corrosion

Question 23

Est-ce que la corrosion se produira automatiquement si la présence en chlorure dans le béton est très élevée?

Answer 23

Non car si le béton être faiblement saturés, il n’y a pas assez d’eau pour amorcer la corrosion. Inversement, un béton totalement saturé pourrait manquer d’oxygène pour entretenir le processus de corrosion.

Question 24

Les chlorures en solution qui pénètre dans le béton réagissent avec le C3A du ciment pour produire quoi?

Answer 24

Un hydrate relativement stable dans le béton (monochloroaluminates)

Question 25

Quel est le principal mécanisme responsable d’une baisse de pH dans le béton?
*Une baisse de pH dans le béton amorce ou accélère la corrosion

Answer 25

La carbonatation

Question 26

Quelles est la réaction de carbonatation?

Answer 26

CO2 + Ca(OH)2 - CaCO3 + H2O

Réaction en le CO2 de l’air et certains constituants du béton. La carbonatation produit de la calcite – CaCO3

Question 27

Avec quel essai peut-on mesurer la profondeur de carbonatation?

Answer 27

Essai de coloration à la phénolphtaléine

Question 28

Quels sont les paramètres les plus importants dans la vitesse de carbonatation?

Answer 28

• Perméabilité

- Taux d’humidité relative du milieu ambiant (60% est la valeur critique)

Question 29

Pourquoi la vitesse de carbonatation est maximale pour une humidité entre 40% et 80%?

Answer 29

• Dans un environnement sec, la quantité d’eau est insuffisantes pour dissoudre le CO2
• Dans un environnement humide, le béton est saturé donc la diffusion du CO2 se fait plus difficilement

Question 30

Donnez 4 façons de ralentir la progression de la carbonatation.

Answer 30

1. Augmenter le dosage en ciment
2. Diminuer le rapport E/C
3. Augmenter le temps de cure ***
4. Augmenter la résistance à la compression

Question 31

Est-ce que les ajouts cimentaires sont toujours bénéfiques pour ralentir la progression de la carbonatation?

Answer 31

Non, une forte teneur en cendres volantes (>30%) ou en laitiers (>50%) accélère la vitesse de la carbonatation

Question 32

Comment la micro-fissuration du béton agrave la dépassivation des armatures?

Answer 32

Le processus de carbonatation se déroule au long des fissures. S’il y a des fissures, le processus pénétrera plus profondément sur la surface et l’acier sera atteint plus facilement par des zones carbonatées.

Question 33

Quelles modifications sur la formulation d’un béton ont un effet favorable sur la résistance à la corrosion?

Answer 33

Les modifications produisant une augmentation de la compacité du béton ou de sa réduction à sa perméabilité :

• Diminution du rapport E/C
• Ajouts minéraux

Question 34

Comment le taux d’humidité influence la vitesse de corrosion?

Answer 34

• Humidité < 80% -> l’oxygène atteint facilement les régions anodiques mais la conductivité est faible ce qui limite la vitesse de corrosion
• Humidité max = 95% car si le taux d’humidité est trop élevé, la diffusion de l’oxygène vers les barres se fait difficilement. C’est pourquoi la corrosion n’est pas un problème pour les structures immergés

Question 35

Comment évalue-t-on l’état de corrosion des aciers d’armature?

Answer 35

En faisant un relevé géographique du potentiel de corrosion. On mesure localement la différence de potentiel entre la surface de l’enrobage et la barre sous-jacente. Ce potentiel est mesuré par rapport à une électrode de référence (souvent de cuivre/sulfate de cuivre).

Question 36

Quel est l’avantage d’une électrode de référence de type cuivre/sulfate de cuivre?

Answer 36

Elle est économique mais pas très stable donc la solution doit être remplacée en moins d’une heure.

Question 37

À quel potentiel le taux de corrosion est maximal? Quelle réaction contrôle au dessus et en dessous de ce potentiel?

Answer 37

-600 mV = le taux de corrosion maximal se développe à ce potentiel.

potentiel > -600 : réaction anodique

potentiel < -600 : réaction cathodique

Question 38

Avec quels autres essais doit-on couple le relevé géographique du potentiel pour pouvoir tirer des conclusions sur l’état de la corrosion?

Answer 38

1. Teneur en ions chlore
2. Profondeur de carbonatation
3. Relevé des zones de délamination
4. Analyse des conditions d’exposition (humidité du béton)

Question 39

Comment localise-t-on les délaminations (zones de fissuration entre l’armature et le béton)?

Answer 39

l’aide d’un marteau ou d’une chaine qu’on tire sur les surfaces horizontales.

Question 40

Comment évalue-t-on la profondeur de carbonatation?

Answer 40

En appliquant une solution de phénolphtaléine à la surface d’un échantillon ou d’une carotte de béton. Cette solution reste incolore dans les zones carbonatées et devient rose dans les zones non carbonatées

Question 41

Comment mesure-t-on la teneur en chlorures solubles à l’eau?

Answer 41

Avec différentes techniques (électrodes spécifiques, titration etc.) sur des échantillons carottés, de la poudres recueillis lors d’un forage ou à partir de la solution interstitielle extraite par pressage de la pâte de ciment

Question 42

Comment mesure-t-on la résistivité du béton?

Answer 42

Avec un appareil spécial comportant 4 sondes. Cette résistivité permet d’obtenir une évaluation du degré d’humidité, de la dimension et la tortuosité des pores de béton.

Question 43

Quelles est la meilleure technique pour évaluer l’activité de corrosion dans le béton armé?

Answer 43

Mesurer le taux de corrosion à l’aide d’un appareil comportant 3 canaux. Il y a une connexion sur une barre d’armature, une sur une demi-cellule et une électrode auxiliaire qui applique un courant perturbateur.

Question 44

Dans quels environnements la technique du taux de corrosion est le plus utile et pourquoi?

Answer 44

Dans les environnements où la corrosion est causée par des chlorures. L’interprétation des résultats est plus complexe lorsque la corrosion résulte de la carbonatation.

Question 45

Comment fonctionne la thermographie infrarouge et la détection au radar (pour évaluer la corrosion)?
**technique précise

Answer 45

L’image infrarouge localise les zones de délaminations (corrosion). Les délaminations réfléchissent plus les ondes. L’image radar permet de localiser les zones d’interface.

Question 46

Comment prévenir la corrosion?

Answer 46

• Formulation du béton (rapport E/C, ajouts minéraux)
• Mise en oeuvre (cure soignée, éviter accumulations d’eau avec un bon système de drainage, respecter épaisseur de recouvrement, bonne méthode de mise en place du béton)

Question 47

Les enduits d’époxy offrent une protection supplémentaire contre la corrosion seulement si…

Answer 47

Si la couche d’époxy est suffisamment épaisse et si elle est exempte de défauts de surface.
**Il faut utiliser des supports et attaches non-métalliques

Question 48

Sur quoi dépend le degré de protection des barres d’armature?

Answer 48

du type d’enduit

Question 49

Dans le cas d’une réparation, qu’est-il important de faire avant l’application d’époxy?

Answer 49

Une très bonne préparation de la surface
**Aussi faire attention à la manipulation des barres d’armature
Un béton bien formulé pour minimiser la perméabilité (E/C faible, fumée de silice, cendres volantes) est souvent un moyen bien plus simple et plus économique d’obtenir une bonne protection contre la corrosion des armatures.

Question 50

Qu’est-ce que la galvanisation à chaud?

Answer 50

déposer une couche de zinc à la surface des barres. Au contact de la solution interstitielle, il se forme un composé insoluble d’hydroxyzincate de calcium qui protège bien contre la carbonatation et l’action des ions chlore. Le revêtement de zinc doit être suffisamment épais afin d’éviter la présence d’une couche intermédiaire d’alliage Zn-Fe qui est moins protectrice.
**Ne pas utiliser des barres galvanisées et non-galvanisées dans une même structure ou partie de la structure (Ex. boulons, ancrages, etc)

Question 51

Quel est l’avantage et le désavantage des barres en acier galvanisé?

Answer 51

Ces barres offrent une très bonne protection contre la corrosion. Leur coût est cependant très élevé. Elles sont de plus en plus utilisées par le MTQ

Question 52

La corrosion des armatures résulte du passage d’un courant dans des piles locales où le métal joue le rôle d’anode.

En quoi consiste la protection cathodique?

Answer 52

La protection cathodique consiste à porter l’acier à un potentiel pour lequel la réaction anodique devient pratiquement négligeable. Ce type de protection consiste à faire passer un courant imposé par une source extérieure entre les armatures (cathode) et des anodes constituées par des matériaux inertes. Les aciers d’armatures deviennent donc des cathodes. Des anodes externes sont généralement appliquées à la surface du béton.

Un courant continu est appliqué aux anodes à l’aide d’un redresseur relié à une alimentation électrique. Le circuit électrique est complété en reliant les barres d’armatures à la borne négative du redresseur. La protection des aciers d’armature peut être obtenue avec des potentiels relativement faibles (1 V)

Le système est généralement constitué d’une surface conductrice (enrobé bitumineux de quelques centimètres d’épaisseur ou moins) qui contient des anodes

Question 53

De quoi doivent être composées les anodes?

Answer 53

matériaux nobles, très résistants à la corrosion. (Treillis métalliques d’alliages spéciaux, polymères composites conducteurs)

Question 54

Pourquoi les anodes primaires sont-elles généralement reliées par un revêtement conducteur?

Answer 54

permet de distribuer le courant entre les anodes primaires et sur toute la surface de béton à protéger.

Question 55

Pour produire une protection cathodique efficace, il est important de fournir une densité de courant variable sur l’ensemble des aciers d’armature. VRAI ou FAUX

Answer 55

FAUX. Courant uniforme

Question 56

Qu’arrive-t-il si le courant est trop faible ou trop fort?

Answer 56

Trop faible : protection insuffisante. Trop fort : peut endommager le béton au voisinage des barres d’armature : Production de bulles d’hydrogène: Fragilisation de l’acier ; Augmentation de la concentration en alcalis près des barres -> perte d’adhérence acier-béton.

Question 57

Quelles sont les deux types de système de protection cathodique?

Answer 57

Anodes sacrificielles : Les barres d’armature sont reliées à des anodes sacrificielles constituées d’un métal plus noble ; Aucun courant n’est imposé au système.

Courant imposé : Un courant imposé est appliqué entre des anodes externes et les barres d’armature ; C’est le système le plus utilisé présentement.

Question 58

Les anodes externes peuvent être de différents types. Lesquels? (4)

Answer 58

• Revêtements asphaltiques conducteurs appliqués à la surface du béton.
• Anodes de platine enrobées d’un mortier conducteur à base de résine. Les fils de platine sont placés à l’intérieur d’une mince ouverture pratiquée à l’aide d’une scie à béton.
• Revêtements conducteurs (peintures). Des anodes primaires (fils de platine-niobium ou platine-titane) sont placées en surface du béton et recouvertes par le revêtement conducteur.
• Treillis métalliques (à base de titane) enduits de béton projeté.

Question 59

Quelles sont les conditions à respecter pour assurer une protection cathodique efficace?

Answer 59

• Éviter les courts-circuits (contact direct entre l’armature et les anodes)
• Doit y avoir continuité électrique complète entre toutes les barres d’armature
• Les barres recouvertes d’époxy doivent être reliée électriquement (par un fil) aux autres barres.
• Répartir la protection cathodique en plusieurs zones indépendantes possédant leur propre redresseur. On peut alors mieux contrôler le système en fonction de la densité de ferraillage, de l’humidité, etc.
• Inspection régulière du système