HomeGuide pratique du béton8.9 Dégradations liées à la corrosion de l’armature

8.9 Dégradations liées à la corrosion de l’armature

8.9.1 Introduction

La corrosion de l’armature du béton armé et celle de toutes les insertions métalliques corrodables n’arrive que sous certaines conditions. Elle peut être empêchée pendant toute la durée de vie d’un ouvrage par une épaisseur et une qualité adéquate du béton d’enrobage. Il est également possible d’utiliser des aciers d’armature avec une résistance à la corrosion plus élevée si des exigences particulièrement sévères doivent être respectées (protection contre la corrosion).


8.9.2 Typologie apparente

Surface du béton

Selon son ampleur, la corrosion de l’armature se remarque en surface du béton par des traces de rouille ou des décollements du béton d’enrobage (fig. 8.9.1). Les traces de rouille sont les premiers signes visibles en surface du béton. La formation de la rouille (hydroxyde de fer) à partir de l’acier s’accompagne d’une augmentation volumique de 2,3 fois le volume de l’acier. La pression qui en résulte conduit à la fissuration du béton d’enrobage et, à un stade plus avancé, à son décollement au-dessus des barres d’armature corrodées.
image
Fig. 8.9.1: Signes de corrosion visibles en surface du béton: traces de rouille (à gauche), décollements du béton au-dessus d’une armature corrodée (à droite).

Armature

L’armature subit une perte de sa section effective par la corrosion. Ceci a un impact direct sur la sécurité structurale de l’élément d'ouvrage. On distingue une corrosion régulière de la surface des barres suite à la carbonatation d’une corrosion ponctuelle par piqûres, induite par les chlorures. La perte de section provoquée par les piqûres de corrosion est généralement nettement plus prononcée et critique que celle induite par la carbonatation (fig. 8.9.2). La corrosion répartie régulièrement se caractérise par les éclatements du béton d’enrobage, tandis que la corrosion par piqûres reste souvent inaperçue et se développe sans signes extérieurs à la surface.

image
Fig. 8.9.2: Dégâts de corrosion d’une armature: érosion par corrosion régulière de la barre d’armature sous l’effet de la carbonatation (en haut), corrosion ponctuelle (piqûre) induite par des chlorures et uniquement visible en mettant à nu l’armature (en bas).


8.9.3 Causes et mesures préventives

L’acier d’armature est durablement protégé de la corrosion dans un béton alcalin, non carbonaté et non chargé en chlorures. Cette protection est offerte par la haute alcalinité de la solution interstitielle des pores de la pâte de ciment, dont les valeurs de pH se situent entre 12.5 et 13.5 selon le type et la quantité de ciment, ainsi que par d’éventuelles additions (p. ex. cendre volante, fumée de silice). Dans un milieu à valeur de pH élevée et en présence d’oxygène, une fine et durable pellicule nanométrique d’oxydes de fer (couche passive, passivation de l’acier) se forme à la surface de l’acier et empêche la corrosion de l’acier. La protection vis-à-vis de la corrosion repose essentiellement sur la densité, l’absence de défauts et l’adhérence de la couche passive et non pas sur son épaisseur. La couche passive protectrice à la surface de l’acier peut être détruite par deux mécanismes. Ils dépendent essentiellement de l’épaisseur, de la qualité du béton d’enrobage, ainsi que des conditions environnementales:
  • La carbonatation conduit à un abaissement de la valeur du pH < 10 de la solution interstitielle des pores de la pâte de ciment et provoque une dépassivation générale de la surface de l’acier.
  • Une concentration en chlorures critique est atteinte dans la solution interstitielle des pores du béton suite à l’infiltration de chlorures des sels de déverglaçage, de l’eau de mer, etc. Les chlorures traversent la couche passive ponctuellement et provoquent une dépassivation locale de la surface de l’acier.
La corrosion de l’armature commence, dès que trois conditions sont remplies:
  • la destruction de la couche passive de l’acier d’armature (dépassivation)
  • de l’humidité disponible (conductivité électrique du béton)
  • de l’oxygène disponible
Dans les éléments d'ouvrage en permanence saturés en eau ou complètement secs, le risque de corrosion est faible, puisqu’il manque soit de l’oxygène soit de l’humidité. Par contre, des périodes alternantes d’humidité et de sécheresse augmentent le risque de corrosion. La pénétration du dioxyde de carbone (CO2), des chlorures (Cl), d’eau (H2O) et d’oxygène (O2) jusqu’à l’armature est favorisée par des fissures d’une ouverture supérieure à 0.3–0.5 mm. Les fissures ne sont cependant pas une condition indispensable à l’apparition de la corrosion de l’armature.
La corrosion des matériaux métalliques est un processus électrochimique, comprenant une réaction partielle anodique (processus d’oxydation) et d’une réaction partielle cathodique (processus de réduction). Les deux réactions ont lieu simultanément et à vitesse identique (densité du courant) à la surface de l’acier. La corrosion de l’armature produit des zones actives de corrosion à côté des zones passives qui forment ensemble ce qu’on appelle un élément de corrosion. Comparable à une pile électrique court-circuitée, l’anode (zone d’oxydation) et la cathode (zone de réduction) sont voisines et reliées électriquement à cause de l’humidité du béton (8.9.3). Il y a donc un courant électrique associé à l’érosion de l’acier d’armature (rouille) du côté de l’anode.

Si l’anode et la cathode sont de tailles microscopiques et voisines, on parle de micro-éléments. Ceux-ci mènent à une érosion répartie régulièrement sur la surface de l’acier et typique de la corrosion induite par la carbonatation (fig. 8.9.3 a). Par contre, si la cathode et l’anode sont plus espacées et de taille plus importante, on parle d’un macroélément. Les macro-éléments se forment, en règle générale, lors de la corrosion induite par les chlorures et provoquent des piqûres de corrosion (fig. 8.9.3 b).

La réaction cathodique partielle produit de la rouille ainsi que de l’hydrogène qui peut pénétrer dans l’acier et contribuer à sa fragilisation. Ce processus est favorisé en présence d’une contrainte de tension élevée comme p. ex. dans des aciers précontraints. On parle alors de risque de «corrosion fissurante sous contrainte induite par l’hydrogène ». Ce risque de corrosion fissurante sous contrainte existe lorsqu’un matériau de construction est soumis à de fortes contraintes de traction et subi en même temps une attaque de corrosion. Elle est particulièrement dangereuse du fait qu’elle se produit sans signes annonciateurs et provoque généralement la rupture subite de l’armature corrodée.

Les chlorures peuvent pénétrer plus facilement dans un  béton fissuré et l’avancement de la carbonatation est plus important le long des fissures. Dès lors, les processus décrits auparavant s’intensifient (fig. 8.9.4).

Le courant de corrosion augmente lorsque la différence de potentiel entre l’anode et la cathode augmente. Le courant partiel anodique passant par la surface de l’acier  est une mesure de l’intensité de la corrosion. Il est déterminé quantitativement par des mesures de potentiel. Ces dernières doivent être vérifiées par des sondages et des mesures de la profondeur de carbonatation et des analyses des teneurs en chlorures.



image
Fig. 8.9.3 a: Corrosion induite par la carbonatation dans un béton non fissuré, l’anode et la cathode étant voisines (micro-élément), la corrosion est répartie régulièrement sur la surface de l’acier.

image
Fig. 8.9.3 b: Corrosion induite par les chlorures dans un béton non fissuré, l’anode et la cathode étant éloignées (macro-élément), il se développe des piqûres de corrosion.


image
Fig. 8.9.4 a: Corrosion induite par la carbonatation dans un béton fissuré, la carbonatation avance plus vite le long de la fissure, l’anode et la cathode é étant très proches dans la zone de la fissure (micro-élément).

image
Fig. 8.9.4 b: Corrosion induite par les chlorures dans un béton fissuré, l’anode se trouve dans la zone de la fissure, la cathode se trouve éloignée dans le béton non fissuré (macro-élément), il se développe des piqûres de corrosion.



Mesures préventives et principes de base de la remise en état

La protection de l’armature vis-à-vis de la corrosion est essentielle pour la durabilité des constructions en béton armé. Pour les constructions neuves, on s’assure de l’épaisseur et de la qualité du béton d’enrobage (résistance à la carbonatation et aux chlorures - protection contre la corrosion). Pour les ouvrages  existants, la protection des armatures peut être rétablie avec différentes méthodes. L’objectif de toutes les mesures est d’éviter la corrosion en empêchant la réaction partielle anodique ou cathodique. On applique alors les principes de base de protection des armatures vis-à-vis de la corrosion suivants.

Repassivation de l’acier d’armature
En enrobant l’acier d’armature avec un mortier ou un béton de réparation à base de ciment, la valeur du pH est à nouveau relevée de façon à obtenir une nouvelle couche passive à la surface de l’acier.

Revêtement de la surface de l’acier
En appliquant un revêtement approprié, p. ex. un produit de protection vis-à-vis de la corrosion à base de résine époxy, la réaction partielle anodique de décomposition du fer est empêchée. La conductivité électrique de la surface de l’acier d’armature est réduite à zéro. Aucun nouvel élément de corrosion ne peut alors se former.
Protection cathodique contre la corrosion (PC)
En appliquant un courant externe à l’armature et/ou en disposant des anodes inertes ou sacrificielles, toute l’armature fonctionne à la manière d’une cathode. En empêchant ainsi la corrosion dans l’armature, celle-ci a lieu exclusivement dans l’anode sacrificielle.

Inhibiteurs
Les inhibiteurs de corrosion sont des composés inorganiques ou organiques, qui peuvent, s’ils sont présents en concentration suffisamment élevée, ralentir ou empêcher la corrosion de l’acier dans le béton. On peut les ajouter aux mortiers ou bétons de réparation à base de ciment, ou ils peuvent aussi être appliqués ultérieurement au béton durci. Selon le type les inhibiteurs ont un effet cathodique ou anodique.

Abaissement de la teneur en eau
En réduisant la teneur en eau du béton, sa conductivité électrique et donc le flux des ions diminuent de manière à ce que la vitesse de corrosion devienne quasi négligeable. Un traitement hydrofuge de la surface du béton prévient p. ex. les infiltrations d’eau et de chlorures, tout en facilitant le séchage du béton ( béton de parement).


Contactez-nous

Contact

Suivez-nous

    • Téléchargements
    • Contacts
    • Sites