Véronique Bouteiller

Influence of humidity and temperature on the corrosion of reinforced concrete prisms

Reinforcement corrosion is one of the major durability problems that need to be solved in order to extend the service life of a structure. It is influenced, on one hand, by the concrete itself, sound or polluted (chlorinated or carbonated), and on the other hand, by the environmental conditions (controlled or outdoor). To explore the influence of temperature and humidity, electrochemical characterisations (potential, linear polarisation resistance and corrosion rate) were carried out on reinforced concrete prisms. A database of more than 3000 values has been delivered. The results enabled us to deduce that both parameters have influences on each other. Moreover, considering the four concretes, the corrosion order obtained in controlled conditions may be different from the one obtained in outdoor conditions. La corrosion des armatures est un problème majeur dans la durabilité du béton qui doit être résolu afin d’augmenter la durée de vie des structures. Elle dépend, d’une part, de la nature du béton (sain ou pollué (chloruré ou carbonaté)) et, d’autre part, des conditions environnementales (contrôlées ou naturelles). Afin d’étudier l’influence de la température et de l’humidité, des caractérisations électrochimiques (potentiel, résistance de polarisation linéaire, courant de corrosion) ont été réalisées sur des prismes en béton armé. Une base de données, avec plus de 3 000 valeurs, a été constituée. Les résultats montrent que les deux paramètres interagissent l’un sur l’autre. De plus, l’ordre de corrosion obtenu dans des conditions contrôlées peut être différent de celui observé dans des conditions naturelles.

Influence of accelerated corrosion on the reinforced cover concrete cracking behavior: experimental and numerical study

This article aims to present both experimental and numerical studies of the corrosion induced cracking pattern evolution of a reinforced concrete sample subjected to accelerated corrosion. The beam was not mechanically loaded. Rebars were intentiostatically corroded using a current density of 100μA/cm² of steel, in a chloride pond and for a 30 day period. Electrochemical tests and visual inspections were carried out in order to characterise the rebar state. Width evolution of the main longitudinal cover crack was measured thanks to ball-extensometer. A numerical modeling of the corroded RC beam has also been realised. The experimental and numerical results are in good agreement confirming the efficiency of the proposed modelling Cet article présente les principaux résultats d’une étude combinant approches expérimentale et numérique appliquées à un essai de corrosion accélérée sur un corps d’épreuve en béton armé. Ces résultats portent sur le suivi et la prédiction de l’évolution de la fissuration du béton sous l’effet de l’expansion des produits de corrosion. L’éprouvette n’a pas été chargée mécaniquement. Les armatures ont été corrodées en imposant un courant de densité de 100μA/cm² d’acier dans une solution saline pendant 30 jours. Des essais de caractérisation électrochimique ont été réalisés puis complétés par des inspections visuelles en vue de décrire l’état de dégradation de l’interface acier/béton. Les résultats de la simulation numérique conduisent à une évaluation satisfaisante de l’évolution de la fissure principale démontrant ainsi la pertinence de la modélisation proposée

On-site instantaneous corrosion rate measurements on a historical building

Rebar corrosion is major decay encountered in the field of historical monuments made of reinforced concrete. In order to preserve a maximum of this cultural heritage, reliable on-site diagnosis tools are crucial. The purpose of the present study was to evaluate, on a naturally aged concrete, the impact on one hand of the environmental conditions and on the other hand of the device employed, on the electrochemical techniques commonly used on site. Three sets of electrochemical measurements (half-cell potential, resistivity and polarisation resistance) were carried out on Notre-Dame de Royan Church, affected by both carbonation and slight chloride pollution. The results have indicated that the seasonal impact was low compared to that of a raining event, but also that depending on the device used, significant differences were observed in the polarisation resistance values measured. However, a reliable qualitative diagnosis was systematically possible. La corrosion des armatures est la principale altération rencontrée dans le domaine des monuments historiques en béton en France. Pour préserver au mieux ce patrimoine il est donc crucial de disposer d’outils de diagnostic in situ fiables. L’objectif de cette étude était d’évaluer, sur un béton naturellement vieilli, l’impact d’une part des conditions environnementales et d’autre part des appareils de mesure, sur les caractérisations électrochimiques de terrain couramment utilisées en diagnostic. Trois séries de mesures électrochimiques (potentiel, résistivité et résistance de polarisation) ont été réalisées sur l’église Notre-Dame de Royan, présentant à la fois une carbonatation du béton et une légère pollution par les chlorures. Les résultats ont montré que l’impact des saisons était relativement faible comparé à celui d’un épisode de pluie. Par ailleurs d’importants écarts ont été observés entre les résultats obtenus avec différents appareils de mesure de résistance de polarisation. Néanmoins, dans tous les cas, un diagnostic qualitatif fiable a pu être réalisé.

Non destructive electrochemical characterizations of reinforced concrete corrosion : basic and symbolic data analysis

Abstract Reinforcement corrosion is one of the major structural performance issues that need to be solved to extend the service lifetime of a concrete structure. It is influenced, on the one hand, by the concrete itself sound or contaminated (with chloride or carbonated) and, on the other hand, by the environmental conditions such as temperature and relative humidity (controlled or outdoor). To characterize the corrosion of steel rebar in concrete prisms, several electrochemical measurements such as half-cell potential, linear polarization resistance and impedance were performed and corrosion rates were then calculated. A database containing >3000 values has been established. These data have been firstly analyzed with basic statistics and secondly they have been modeled as symbolic data and studied with a principal component analysis. It is shown that symbolic principal component analysis is a powerful tool leading to more refined results.

Corrosion Processes of Carbonated Chloride-Contaminated Reinforced Concrete and Electrochemical Chloride Extraction (ECE) Efficiency

Civil engineering structures and historical buildings can suffer from corrosion of the embedded reinforcing steel once the concrete cover is totally carbonated and/or when chloride ions have reached the steel/concrete interface. In practice, these two types of contamination can be encountered separately or combined requiring implementation of proper repair methods. In this research, carbonated and chloride-contaminated reinforced concrete specimens were studied by three main analysis means: electrochemical characterizations, Raman microspectrometry and scanning electron microscopy (SEM). The specimens were contaminated in a two-step process involving addition of chlorides followed by carbonation of the complete cover. Electrochemical chloride extraction (ECE) was then performed as a repair treatment (1 A/m2 of steel surface during 8 weeks). The efficiency of the treatment and its impact on the steel/concrete interface and cement matrix were studied during the treatment, after steel depolarization and on the long term (several months) in order to evaluate the durability of the treatment. Electrochemical characterizations showed an increase of corrosion rates comparing the specimens after fabrication and after carbonation (from a negligible level of 0.1 µA/cm2 to values in excess of 10 µA/cm2). SEM observations confirmed this significant increase with the identification of a corrosion layer on most of the steel/concrete interface after carbonation. The ECE efficiency was evidenced by a decrease of chloride content below the practical threshold value of 0.4% by weight of cement after a two weeks treatment. Simultaneously a realkalisation ring was observed around the reinforcement bar having a diameter of about 1 cm after four weeks. Results obtained after depolarization showed that a two weeks ECE treatment allowed the stabilization of the corrosion state of the rebar.

Study of the active/passive corrosion behaviour of reinforced concrete slabs using different devices

This paper deals with results of electrochemical measurements carried out on reinforced concrete slabs. Measurements were performed four times a year over a period of two years by means of three kinds of device: a Gamry© laboratory potentiostat, and Gecor6© and Galvapulse© on-site apparatuses. Results showed that all devices are able to detect passive corrosion. They coherently diagnose chloride-containing-slabs and can detect the depassivation of rebars. The variability of the depassivation time was pointed out as far as chloride-induced-corrosion is concerned. Conversely, corrosion levels proposed by the three devices are different in the case of carbonation (generalised)-induced corrosion, even if all of them detect the active corrosion state. This discrepancy showed that the use of these results in term of steel loss is not possible. Cet article présente les résultats des mesures électrochimiques réalisées sur des dallettes de béton armé. Ces mesures ont été effectuées durant deux années, quatre fois par an. Trois types d’appareils ont été utilisés: un potentiostat de laboratoire Gamry© et deux appareils de chantier Gecor6© et Galvapulse©. Les résultats mettent en évidence que les trois types d’appareils sont capables de détecter la corrosion à l’état passif. Les résultats sont cohérents pour le diagnostic effectué dans le cas des dallettes subissant la corrosion par les chlorures et les appareils sont sensibles à la dépassivation des armatures dans ces conditions. Ils mettent en évidence la variabilité du temps d’apparition du processus de corrosion à l’état actif due aux chlorures. Par contre, les niveaux de corrosion diagnostiqués par les trois appareils diffèrent dans le cas de processus de corrosion par carbonatation, même si ceux-ci détectent la corrosion à l’état actif des armatures. Les écarts observés dans ce cas indiquent qu’une interprétation quantitative des résultats (en termes de perte d’épaisseur en fer par exemple) est impossible.