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Avant d'être placée dans le coffrage, une armature en acier est rouillée, parce qu'elle a d'abord été exposée à l'atmosphère.
Lorsque le béton frais est mis en place autour de cet acier, l'eau de gâchage pénètre à travers les pores de la rouille,
où elle forme progressivement de la ferrite de calcium hydraté (4.CaO . Fe2O3 . 13H2O). Mais surtout,
cette eau réagit avec
l'acier métallique et forme sur celui-ci une fine couche d'hydroxydes de fer
[Fe(OH)2] et de calcium [Ca(OH)2].
Tous ces produits au voisinage de l'acier donnent à la solution interstitielle du béton un pH élevé, de l'ordre de 13.
Il est à noter qu'au contact de la rouille initiale, l'hydratation du ciment est perturbée :
il se forme localement
une zone de transition, au-delà de laquelle le béton a des caractéristiques
plus homogènes
L'eau de gâchage du béton permet donc de former autour de l'acier des produits, qui le protègent par passivation.
Plus exactement, sous
la rouille, une armature est recouverte d'une fine couche protectrice de produits
blancs, à base de ferrite et d'hydroxyde de calcium
Une telle protection
disparaît si la solution interstitielle a disparu (cas des grandes fissures qui
atteignent les armatures) ou ne correspond plus à un béton sain.
DEGRADATION DU BETON :
Le béton qui enrobe une armature peut être altéré par
le milieu environnant, pour des raisons :
physiques : le gel peut le faire éclater, etc ;
mécaniques : le béton peut se fissurer sous l'action d'une charge excessive,
chimiques, notamment à cause de certains corps (gaz ou ions) contenus dans le
milieu environnant.
D'une façon générale, les constructions en béton armé sont au contact de
l'atmosphère, de l'eau (rivière, mer, etc.) ou de sols. Ces milieux sont plus
ou moins pollués et contiennent certains corps (gaz ou liquide) qui peuvent
entrer dans le béton et modifier les caractéristiques de celui-ci et en
particulier la composition chimique de la solution interstitielle
Les agents agressifs les plus fréquents sont :
L'eau pure peut lessiver (lixiviation)
le béton en dissolvant certains constituants du ciment et augmenter la porosité
du béton.
Les sels de chlorures sont très solubles dans l'eau.
Les ions ainsi formés dans l'eau et pénètrent avec celle-ci dans le béton (pénétration
des chlorures) , soit par humidification d'un béton sec
(convection), soit par diffusion,
due au fait que la teneur en chlorure est plus forte dans le milieu environnant
que dans le béton d'origine (gradient de concentration). Les chlorures venant
de l'extérieur restent, en majorité, à l'état dissous dans la solution
interstitielle du béton. Mais ils peuvent aussi réagir avec certains
constituants du matériau (réaction chimique ou adsorption).
Le dioxyde de carbone (CO2) est sous forme
gazeuse dans l'atmosphère. Il peut être dissous par la solution interstitielle
du béton, et réagir avec certains composés calciques pour former des carbonates
(carbonatation).
Il en résulte que le pH de la solution interstitielle du béton altéré par cette
carbonatation, est de l'ordre de 9
DEVELOPPEMENT CORROSION DU BETON :
Les produits protecteurs, comme l'hydroxyde ferreux Fe(OH)2, la " rouille verte " ou la magnétite, restent stables et ont une faible épaisseur.
Par contre, les produits
qui n'arrêtent pas la corrosion se développent au cours du temps.
Lorsqu'une armature se corrode, elle subit une dissolution plus ou moins localisée,
mais de plus elle se recouvre de produits de corrosion (rouille classique
de couleur rougeâtre) instables.
Dans un béton plutôt poreux et humide, ces produits traversent l'enrobage et finissent par tacher la surface du parement.
Dans le cas plus classique, d'un béton relativement sec, les produits de corrosion gonflent en déformant fortement l'enrobage et,
sous l'effet d'une pression,
finissent par fissurer le béton ou par provoquer des éclatements (épaufrures).
La diminution de section de l'armature et le gonflement simultané de la rouille
entraînent une diminution plus ou moins notable de l'adhérence
entre l'acier et le béton.
La
corrosion des armatures générée par les ions chlorures est la principale cause
de dégradation des structures en béton armé.
Les chlorures agissent dans les mécanismes de corrosion en diminuant la résistivité de l'électrolyte et en permettant un amorçage plus rapide de la corrosion en dépassivant la couche superficielle.
La corrosion qui en résulte sous forme de piqûres à la surface de l'acier est une corrosion localisée.
Les chlorures agissent aux zones anodiques, de
surface bien plus petite que celles des zones cathodiques, la vitesse de corrosion
sur les zones anodiques s'en trouve donc fortement augmentée
Les chlorures présents dans le béton peuvent provenir de deux sources différentes.
Soit ils sont présents au moment du gâchage : utilisation d'eau contenant des chlorures ou agrégats contaminés.
Soit ils proviennent de l'environnement (atmosphère marine, sels de déverglaçage, produits chimiques) et ont diffusés dans le béton.
Les chlorures existent sous deux formes dans le béton.
Les chlorures ayant atteint l'armature attaquent l'acier initialement passivé, en certains points localisés.
Le film passif est alors détruit localement et laisse apparaître des zones anodiques où l'acier est dissout.
Le reste de la surface qui est encore passivée correspond aux zones cathodiques.
La surface des zones cathodiques étant bien plus importante que celle des zones anodiques, la dissolution de l'acier croit en profondeur plutôt qu'en surface de l'acier formant ainsi des piqûres ou des cavernes.
Le mécanisme de ce type de corrosion est complexe car la composition de la
solution à l'intérieur de la piqûre est modifiée par rapport à celle de la
solution interstitielle qui l'entoure.
Au
sein de la piqûre, les ions chlorures s'associent avec l'ion hydrogène de l'eau
pour former de l'acide chlorhydrique.
CONSEQUENCES
DE LA CORROSION :
Les efflorescences et les tâches de rouille qui sont la conséquence de la pénétration d'agents agressifs dans l'enrobage du béton, altèrent l'aspect de l'ouvrage.
Parfois, ce point est considéré comme étant de peu d'importance par le gestionnaire des ouvrages
mais
par contre ce sont les fissurations et les fracturations du béton qui commencent
à inquiéter le gestionnaire car des éclats de béton peuvent se produire.
Les
éclats de béton présentent un risque pour les personnes qui circulent près de
l'ouvrage ou l'exploitent. Leur prévention et leur élimination doivent par
conséquent être traitées avec grand soin.
LA
SOLUTION : TRAITEMENT ELECTROCHIMIQUE
Le principe de ces traitements consiste à polariser l'armature la plus proche du parement, à l'aide d'une anode placée sur ce parement et enrobée d'une pâte saturée d'un liquide convenablement choisi (électrolyte).
Le
courant de polarisation circule de l'anode vers l'armature (cathode). Les
armatures plus profondes doivent être reliées électriquement à celle qui est
directement polarisée.
Deux
techniques de traitements sont distinguées :
-
une technique pour laquelle un générateur électrique (technique du courant
imposé) est placé entre l'anode et l'armature ;
-
une technique pour laquelle l'anode en alliage judicieusement choisi est
directement relié à l'armature (courant galvanique).
Leur objectif est de redonner au béton d'enrobage, sa capacité à protéger les armatures.
Il s'agit
soit d'augmenter le PH du béton qui a été carbonaté (ré-alcanisation), dans une phase initiale courte mais intense
soit d'extraire les ions chlorures qui ont pénétrés cet enrobage (déchloruration), dans une phase secondaire mais permanente par transfert des sites de corrosion , de l'armature à l'anode sacrificielle.
L'aspect
du béton traité est respecté.
SOURCES :
http://www.concretecorrosion.net/