Characterization of the corrosion of steels in concrete by potential mapping
Caractérisation de l'état de corrosion des aciers dans le béton par cartographie de potentiel
Résumé
Half-cell potential mapping is commonly used to detect corrosion risks in reinforced concrete structures. This method uses a reference electrode positioned on the surface of concrete for measuring potential difference by using a voltmeter connected to the reinforcement. However, there are two major drawbacks in the implementation of this method: the necessity to make an electrical connection to the reinforcement and the electrical continuity of this reinforcement. In order to overcome these disadvantages, a new method is proposed. Instead of using electrical connection to rebar, a second reference electrode is used, also positioned on the surface. These two electrodes configuration gives the electrical potential gradient on the concrete surface. By performing both experimental work and numerical modelling this method configuration is tested. For experimental work, two reinforced concrete slabs (3x3x0.15 meter sized) were cast to be close to actual structural conditions. The corroded areas are created with an accelerated method, using the migration of chloride ions. Corrosion size and localisation are controlled during the experiment. The thickness of the concrete cover has an influence on the measures, for this reason in the first slab reinforcement depth is fixed, while it is variable in the second slab. Concerning modelling, a parametric study using a finite element model is performed. This model allows the study of the influence of several parameters such as resistivity, corroded area size, concrete cover and also the measurement process. It is the analysis of the corrosion current, as well as potential mapping that allows the correlation between the experimental and modelling results. Discussion of both results concludes on the feasibility of this method and confirms its benefits compared to the usual half-cell potential mapping.
La cartographie de potentiel est couramment utilisée afin de détecter les zones de corrosion à risque dans les ouvrages en béton armé. Cette méthode utilise une électrode de référence positionnée à la surface du béton afin de mesurer la différence de potentiel entre un point à la surface du béton et une connexion au réseau d'armatures. Toutefois, il existe deux inconvénients majeurs à cette technique : la connexion au treillis d'armatures qui nécessite d'y avoir accès et la vérification de sa continuité électrique dans la zone de mesure. Dans le but de ne plus être soumis à ces inconvénients, une nouvelle méthode est proposée. Au lieu de se connecter au treillis, une seconde électrode de référence est utilisée, elle aussi positionnée à la surface du béton étudié. Cette configuration de mesure ne donne plus des potentiels électriques, mais des gradients de potentiel entre les deux électrodes de mesure. Par la mise en place de simulations numériques et d'essais expérimentaux, cette configuration de mesure est étudiée. En ce qui concerne le travail expérimental, deux dalles de béton armé de 3x3x0,15m ont été coulées afin d'être proche des conditions rencontrées sur site. Ensuite que des zones corrodées, dont la taille est contrôlée, sont créées de manière accélérée à l'aide d'un dispositif de migration de chlorures. L'épaisseur d'enrobage de la dalle ayant une influence sur les mesures, il a été choisi de couler deux dalles. La première dalle comporte un treillis dont l'épaisseur d'enrobage est constante alors que la seconde dalle possède une épaisseur d'enrobage variable. En ce qui concerne la modélisation, une étude paramétrique utilisant la méthode des éléments finis est réalisée. Cette modélisation permet l'étude de l'influence de nombreux paramètres tels que la résistivité, la taille de la zone corrodée, l'épaisseur d'enrobage, le procédé de mesure, etc. C'est l'analyse des courants d'échange, mais aussi des cartographies de potentiels et de gradients de potentiel qui permettent la corrélation entre les résultats expérimentaux et de simulation. C'est alors qu'il est possible de conclure sur la faisabilité de cette méthode et de ses avantages par comparaison avec la mesure classique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)