Identification of initiation and propagation phases of steel corrosion in cracked and carbonated concrete
Identification des phases d'nitiation et de propagation de la corrosion des armatures enrobées dans un béton fissuré et carbonaté
Résumé
This thesis is performed in partnership with EDF in the framework of concrete ageing management of cooling towers of Electricity of France (EDF) nuclear power plants. Indeed some of them can be affected by cracks which may promote the carbonation of the concrete cover and accelerate the reinforcement corrosion initiation. The objective of this work is to characterize the impact of these cracks on the initiation and propagation of reinforcement corrosion. A dedicated experimental program is detailed. Firstly, a cracking protocol reproducing cracks found in the concrete of cooling towers is defined. Particular attention was paid to limit the damage along the steel/mortar interface. Cracked specimens are thereafter exposed to accelerated carbonation for the dual purpose of measuring the length of the damaged interface and accelerating the depassivation of the rebar deep in the crack in order to accelerate the corrosion initiation. The corrosion is controlled in the laboratory via raining/drying cycles and its state is characterized by several technics (desquamation, optical microscopy, Raman spectroscopy, monitoring of the free corrosion potential). Different configurations representative of the cooling towers are tested (three crack openings, 2 crack orientations, temperature, relative humidity, etc.). Obtained results show that after the corrosion initiation period, the corrosion kinetics decreases rapidly and the reinforcement tends to repassivation. This repassivation is related to the formation of oxide layer deep in the crack limiting therefore the access of water and oxygen to the rebar.
Cette thèse de doctorat est réalisée en partenariat avec EDF et s’inscrit dans le cadre de la gestion du parc de tours aéroréfrigérantes des centrales nucléaires. Certaines tours présentent des fissures qui peuvent favoriser la carbonatation du béton d’enrobage et ainsi accélérer l’initiation de la corrosion des armatures. L’objectif de ce travail est de caractériser l’impact de ces fissures sur l’initiation et la propagation de la corrosion des armatures. Un programme expérimental dédié est détaillé. Dans un premier temps, un protocole de fissuration permettant de reproduire les fissures observées sur les tours est défini. Une attention particulière a été portée à la limitation de l’endommagement de l’interface acier/béton. Les éprouvettes fissurées sont ensuite carbonatées (de manière accélérée) dans le double but de mesurer la longueur de la zone d’interface altérée et de dépassiver l’armature en fond de fissure pour permettre l’initiation de la corrosion. La corrosion est contrôlée en laboratoire par l’intermédiaire de cycles de pluie/séchage et l’état de corrosion est caractérisé par différentes techniques (desquamation, microscopie optique, spectroscopie Raman, suivi de potentiel de corrosion libre). Différentes configurations représentatives du service des tours aéroréfrigérantes sont testées (3 ouvertures de fissures, 2 orientations de fissures, température, HR, etc.). Les résultats obtenus permettent de montrer qu’après une période d’initiation, la vitesse moyenne de corrosion décroit rapidement et que l’acier tend à se repassiver. Cette repassivation est liée à la formation d’une couche d’oxydes en fond de fissure qui limite l’accès de l’oxygène et de l’eau à l’armature.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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