Academic literature on the topic 'Béton armé – Teneur en chlorures'

Cette étude allie une approche numérique à une approche expérimentale, afin de comprendre les mécanismes de transport ionique dans un béton soumis à un champ électrique externe. L'application concrète de ce travail concerne la réhabilitation des ouvrages en béton armé corrodés par extraction électrochimique des chlorures appelée technique de déchloruration. Le volet modélisation numérique porte sur le développement d'un modèle macroscopique basé sur les équations de base de la thermodynamique des processus irréversibles. Dans le cas d'un milieu poreux saturé (béton), les mouvements ioniques en présence d'un champ électrique externe sont décrits à travers l'équation de Nernst-Planck. Les interactions entre les espèces ioniques dans la solution interstitielle d'une part, et physico-chimiques (sorption et désorption des ions chlore) d'autre part sont prises en compte. Le volet expérimental comporte deux parties. Une première où les échantillons en terre cuite sont utilisés et une seconde partie où des échantillons en béton sont testés. Les essais sur terre cuite ont permis des tester le modèle dans un environnement simplifié (sans interaction physico-chimique (fixation), tandis que, les essais sur béton ont permis la confrontation du modèle à un cas réel. Dans les deux cas, les résultats montrent que le modèle présenté est un outil adapté pour prédire l'évolution des espèces ioniques dans l'échantillon en fonction du temps d'application de l'extraction, ce qui en fait un outil d'optimisation du temps d'application de la technique de déchloruration.

Le sujet de la thèse est le rôle de la qualité de l'interface acier-béton sur la corrosion des armatures en acier. La qualité de l'interface est abordée selon deux aspects : mise en place et mécanique. Dans le cas de la mise en place, ce sont les défauts dus au ressuage et au tassement du béton frais qui sont étudiées. Pour ce qui est de l'aspect mécanique, un endommagement est créé par glissement contrôlé au cours d'un essai d'arrachement. La corrosion est ensuite étudiée par la mesure de la résistance de polarisation et par spectroscopie d'impédance. Les performances du béton ordinaire et autoplaçant sont également comparées
The subject of the thesis is the role of interface reinforcement-concrete on the corrosion of steel reinforcement. Two aspects of the defects of interface quality were analyzed: non-uniformity of fresh concrete and loading. For the former the defects due to bleeding and settlement were studied and for the latter the defects were created by controlled pull-out of reinforcement. The corrosion of reinforcement was measured by the polarisation resistance and electrochemical impedance spectroscopy. The performances of ordinary and self-compacting concrete were compared

L'objectif de cette thèse était de définir les paramètres permettant de réhabiliter une structure en béton armé corrodé par la technique d'extraction électrochimique des ions chlore (ECE), et d'expliciter les conditions d'application de cette technique. La ECE a été appliquée sur des éprouvettes soumises à une pollution par une solution artificielle d'eau de mer dans deux conditions (marnage ou immersion). L'influence de plusieurs paramètres a été étudiée (niveau en ions chlore, état de dégradation de l'acier, qualité et épaisseur de l'enrobage). Les résultats ont montré que les caractéristiques du profil initial intervenaient seulement pour des enrobages importants, que la diminution des chlorures à l'interface acier – béton dépendait de l'état de dégradation de l'acier et que la repassivation n'était pas systématique. Le traitement d'ECE appliqué à des éprouvettes présentant des vitesses de corrosion d'acier élevées n'est donc pas suffisant pour garantir une prolongation de leur vie
The objective of this work is to define the parameters, capable of rehabilitating a corroded concrete structure by the Electrochemical Chloride Extraction technique (ECE), and more precisely to clarify the application conditions of this technique. For that, the ECE technique was applied to reinforced concrete specimens before being exposed to an artificial seawater under two conditions (splash and tidal zones). The influence of various parameters was studied (chloride contamination level, state of degradation of rebar, quality and cover depth of concrete). The results demonstrate that, the characteristics of the initial profile intervened only for larger cover depths, the reduction in the chloride content near to steel – concrete interface depends on the degradation of steel and the repassivation was not systematic. The ECE treatment applied to specimens presenting a high steel corrosion rate is not sufficient to guarantee a prolongation of their service life

Le travail de thèse s'intéresse à la prédiction de la durabilité des bétons en environnement marin par une approche probabiliste. L'objectif est de proposer une méthodologie adaptée à une démarche performantielle fondée sur la notion d'indicateurs de durabilité. L'algorithme probabiliste de niveau II et le modèle déterministe qui lui est couplé sont développés afin d'estimer l'indice de fiabilité du matériau. Les densités de probabilités des variables aléatoires sont construites. Une erreur multiplicative est introduite pour intégrer dans une même base de données des informations issues de différents bétons puis un réseau bayésien est présenté pour actualiser ces résultats par de nouvelles expérimentations. Un exemple d'application est mené pour une partie d'ouvrage immergé en eau de mer. Une approche de type ingénieur permettant d'atteindre le même niveau de fiabilité est proposée en s'appuyant sur des valeurs caractéristiques et des coefficients partiels de sécurité
A probabilistic approach to prediction of concrete's durability in marine environment is proposed in this thesis. The aim of this work is to develop a methodology linked with the performance-based approaches using the concept of durability indicators. The probabilistic FORM algorithm and the coupled deterministic model are developed to estimate the reliability index of the material. The probability distributions of the random variables are built. A multiplicative error is introduced in order to integrate information from different concretes into a single database and a Bayesian network is presented to update these results by further experiments. A practical example is proposed for a reinforced concrete immersed in sea water. A semi-probabilistic design for engineering based on characteristic values and partial safety factors is developed to achieve the same reliability

Les ouvrages en béton armé ont aujourd'hui en moyenne un âge qui approche de la période critique d'amorçage de la corrosion des aciers de renfort (de 30 à 50 ans), et leur remise à niveau représente un enjeu économique considérable. Les études dans le cadre de cette thèse ont pour but d'apporter des éléments de réponse à la question préoccupant les ingénieurs, à savoir l'influence de la corrosion des armatures sur la résistance mécanique des structures et les marges résiduelles par rapport à la ruine. Ces informations sont nécessaires pour obtenir l'évolution de la perte de capacité des ouvrages soumis à la corrosion. L'étude de cette évolution est calée sur les principales phases qui caractérisent la dégradation d'une structure. Ces informations sont néccessaires pour mettre en place une politique de gestion du patrimoine et décider en connaissance de cause d'une planification des travaux de réparation, du renforcement ou du remplacement des éléments d'ouvrage défaillants. Le mémoire comporte six chapitres. Le premier chapitre propose un modèle d'évolution dans le temps des performances d'un ouvrage selon trois étapes : étape d'initiation ti, étape de déterioration stable tsp et étape de déterioration imprévisible tup. Le chapitre 2 précise la première étape pour des éléments en béton armé et béton précontraint. Le chapitre 3 analyse les mécanismes de corrosion et leurs conséquences sur les structures en béton. Le chapitre 4 porte sur la prédiction de la corrélation entre l'adhérence et la corrosion. Le chapitre 5 développe une méthode de calcul de l'évalauation du comportement structurel des éléments. Cette méthode permet d'intégrer les conséquences de la corrosion des armatures dans le comportement de la structure. Le chapitre 6 propose une validation du modèle par comparaison avec des essais expérimentaux, notamment ceux du projet "Benchmark des poutres de la Rance"

La corrosion des armatures est l'une des principales causes de dégradation du béton. Les deux mécanismes les plus courants contribuant au développement de la corrosion sont la pénétration des chlorures et la carbonatation du béton. Ceux-ci génèrent deux types de corrosion respectivement par piqûres et généralisée. Une des méthodes non destructives actuellement utilisée dans le Génie Civil, l'émission acoustique, tend à se développer pour évaluer la corrosion des câbles et des structures métalliques. L'objectif de cette thèse est, d'une part de définir un essai de corrosion accélérée réaliste et maîtrisé et d'autre part de vérifier la sensibilité de l'émission acoustique à la corrosion des armatures dans le béton. Des méthodes électrochimiques éprouvées sont utilisées pour valider les résultats obtenus par émission acoustique. Ces méthodes, comme la mesure du potentiel de corrosion et l'évaluation de la vitesse de corrosion faisant l'objet de recommandations RILEM, demeurent néanmoins des méthodes intrusives nécessitant l'accès à l'armature. A partir des essais rencontrés dans la littérature, différents essais ont été étudiés utilisant d'abord de forts courants de corrosion puis en les diminuant pour atteindre des courants proches de ceux existants dans les structures. Différentes conditions d'initiation de la corrosion comme l'attaque par les chlorures et la carbonatation du béton d'enrobage ont été également testées. Cela nous a permis de mettre au point un essai de corrosion accélérée avec des densités de courant de corrosion proches de la réalité. Cet essai consiste à créer une macro-pile en connectant deux armatures coulées dans un même béton, une des armatures étant dépassivée par carbonatation du béton, la seconde étant maintenue à l'état passif. .
Corrosion of reinforcement is a major cause of concrete deterioration. The two most common mechanisms contributing to the development of corrosion are penetration of chlorides and carbonation of cover concrete. These two mechanisms induce two types of corrosion, pitting and generalised corrosion. One of the non destructive techniques used in Civil Engineering, acoustic emission, extends to monitor the corrosion of prestressing cables and metal structures. The objective of this thesis is firstly to define an accelerated corrosion test able to provide conditions close to natural corrosion and secondly to check the sensitivity of acoustic emission for detecting the effect of early corrosion in reinforced concrete. Usual electrochemical methods are used to validate the results obtained by acoustic emission. These methods, potential of corrosion measure and corrosion rate measurement being RILEM recommendations, remain intrusive methods requiring access to the rebar. From a literature review, various tests were studied, first using high impressed corrosion currents and then by decreasing gradually the current to values existing in structures. Different conditions for initiating corrosion, as an attack by chlorides and carbonation of cover concrete, were also tested. This enables the development of an accelerated corrosion test with densities of corrosion current close to the natural ones. It's about creating a macro-cell by connecting both two rebars in the same concrete, one of the rebar being depassivated by carbonation of concrete, the second remaining in a passive state. Different galvanic currents are obtained with different anodic and cathodic surfaces and distances between electrodes. .

Les structures en béton armé exposées à des environnements agressifs subissent des dégradations qui affectent leur intégrité. La corrosion des armatures est l’un des mécanismes de dégradation les plus répandus et les coûteux en terme de maintenance et de réparation. Ce processus est dû à la pénétration des agents agressifs dans le béton, notamment les ions chlorures et le gaz carbonique. Les chlorures induisent une corrosion localisée ou par piqûre, alors que le gaz carbonique engendre une corrosion généralisée ou uniforme. Le déclenchement et la propagation de la corrosion dépendent de plusieurs facteurs liés aux matériaux, aux chargements, à la géométrie et à l’environnement. Ces facteurs présentent de grandes incertitudes qui doivent être prise en comptes à travers une approche probabiliste. Dans ce travail de recherche, nous nous intéressons au mécanisme de corrosion en général. Un intérêt particulier est porté à la prise en compte de l’impact des facteurs climatiques sur ce processus, notamment dans le contexte libanais. Ainsi, nous proposons une modélisation physique de la corrosion des aciers dans les poutres en béton armé qui se déroule en deux phases : - une phase d’initiation durant laquelle les agents agressifs (chlorures et gaz carbonique) pénètrent dans le béton et atteignent des concentrations critiques provoquant la dépassivation de l’acier ; - une phase de propagation durant laquelle il y a corrosion active des aciers et diminution de la résistance de la poutre jusqu’à la défaillance. Les facteurs présentant des incertitudes sont traités comme des variables aléatoires. Pour les modéliser, nous avons étudié, pour les différentes variables aléatoires, de nombreux modèles probabilistes proposés dans la littérature. Nous avons vérifié leur compatibilité vis-à-vis de notre problématique et la possibilité d’assurer les données nécessaires à leur bonne utilisation (notamment la cohérence entre les hypothèses). Ensuite, nous avons retenu les modèles probabilistes les plus adaptés à notre cas. Par ailleurs, l’application des principes fiabilistes nous permet d’évaluer la fiabilité des poutres sujettes à la corrosion vis-à-vis des deux états-limites (ELU et ELS). En effet, la perte de la section d’acier due à la corrosion induit d’une part, une diminution de la capacité portante de la poutre, et d’autre part une augmentation de la contrainte au niveau du béton tendu (provoquant un accroissement des ouvertures des fissures). Ainsi, pour l’état limite de service, la marge de sûreté s’annule lorsque l’ouverture des fissures dépasse la valeur limite préconisée par l’Eurocode 2. Quant à l’état limite ultime, la fonction d’état limite est la résistance en flexion : la défaillance a lieu lorsque le moment résistant équivaut au moment sollicitant. Le calcul fiabiliste est effectué au moyen de simulations de Monte-Carlo. Finalement, nous avons réalisé plusieurs applications aux modèles de corrosions proposées dans ce travail. La première application porte sur l’analyse des sensibilités des modèles de corrosion aux différents paramètres. L’effet des moyennes des paramètres aléatoires ainsi que leurs variabilités sur la réponse du modèle est examiné. Une attention particulière est accordée à l’impact des facteurs climatiques. Ainsi une application du modèle de corrosion induite par les chlorures avec des données réelles de température et d’humidité relatives à trois villes côtières ayant des caractéristiques climatiques différentes est présentée. Ensuite une étude comparative de l’effet du choix des diamètres des armatures et des épaisseurs des enrobages sur la fiabilité à l’état limite ultime et à l’état limite de service est effectuée. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence l’aspect agressif des facteurs climatiques : un climat chaud et humide est très agressif vis-à-vis de la corrosion induite par les chlorures alors qu’un climat à humidité relative variable favorise la corrosion par carbonatation. (...)
When exposed to aggressive environment, reinforced concrete structures are subject to a degradation mechanism that affects their integrity. Among various environmental attacks, the corrosion of RC structures is considered the most dangerous. The process is launched by the penetration of aggressive agents, precisely the chlorides and carbon dioxide into the concrete. The chlorides induce a localized corrosion, also called pitting corrosion, while on the other hand the carbon dioxide leads to a general corrosion called uniform corrosion. This corrosion phenomenon depends on several factors such as the materials characteristics,loadings, geometry and the environment. All these components include different levels of uncertainties that are taken into account throughout a probabilistic approach. In this work, we propose two models for the corrosion mechanisms induced separately by the chlorides and the carbon dioxide. These models take into account the effect of the climatic condition that is mainly described by the temperature and the relative humidity. In addition to that, as a study case we have treated in details the Lebanese climatic context. We have proposed a physical model of steel corrosion in reinforced concrete beams that occurs in two phases : - An initiation phase where aggressive agents like the chlorides and carbon dioxide penetrate into the concrete and reach a critical concentration values causing the depassivation of the steel ; - A propagation phase in which the active corrosion of steel decreases the strength of the beam leading to its failure. All the factors that have uncertainties are treated as random variables. Several probabilistic models are listed and discussed in the literature while only the models that match with our context are selected. The reliability analysis allowed us to assess the reliability of beams subjected to corrosion in ULS and SLS. The loss of steel section due to the corrosion mechanism induces a decrease of the bearing beam capacity, and an increase in the tension stress in the concrete.This causes an increase of the width of cracks openings. Thus, taking into account the serviceability limit state, the safety margin goes to zero when the width of crack opening exceeds the acceptable width as recommended by the Eurocode 2. The limit state function in ULS is the bending strength. The failure occurs when the applied moment equals or surpasses the resisting moment. The reliability calculations are carried out using Monte-Carlo simulations. Finally, several applications to the corrosion model are proposed via this work. The first application concerns the sensitivity analysis of the corrosion models for the different parameters. The effects of the mean values and the variability of the random variables on the model response are also examined. The impact of climatic factors on the corrosion phenomenon took the biggest part of this work. We have applied the chloride’s corrosion model with the real temperatures and relative humidity of three coastal cities having different climatic characteristics. Then a comparative study showing the effect of the ba rdiameters and the cover thickness on the reliability of the RC beam subjected to aggressive environment is carried out. (...)

Cette thèse répond au besoin de mieux maîtriser la durabilité des structures en béton armé exposées aux embruns d.eau de mer ou aux projections de sels de déverglaçage, en proposant une modélisation de la pénétration des ions chlorure dans les matériaux cimentaires lors des cycles de séchage- imbibition. Ce modèle tient compte de la cristallisation des sels, de la fixation des ions chlorure par les constituants solides de la pâte de ciment et plus généralement des interactions physico- chimiques entre les ions et la matrice cimentaire. Ces dernières sont basées sur l'équilibre chimique de la solution interstitielle avec les aluminates tricalciques (C3A), la portlandite (Ca(OH)2), et les sels de Friedel (3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O) et l'adsorption des ions chlorure sur les feuillets de C-S- H par substitution des l'ion hydroxyle. Cette description physico-chimique des interactions a permis de mettre en évidence que les isothermes de fixation des ions chlorure, mesurés expérimentalement, sont l'addition d'une partie dépendant seulement des teneurs initiales en composants solides issues de l'hydratation du ciment et d'une partie dépendant seulement de la nature intrinsèque des C-S-H produits. La pertinence de cette description est démontrée en comparant les résultats du modèle avec ceux de nombreux d'essais effectués sur plusieurs matériaux en conditions saturées issus de la littérature. L'extension de ce modèle d'interaction aux conditions non saturées n'introduit aucune donnée supplémentaire. Le reste du travail l'a démontré à travers la modélisation et la simulation de nombreux essais de séchage, d'imbibition ou de cycles d'imbibition-séchage sur des matériaux de construction ou cimentaires de caractéristiques différentes. Cette dernière partie a permis de mettre en évidence plusieurs phénomènes importants à prendre en compte tels que l'effet de la force ionique de la solution sur les courbes capillaires du matériau ou le colmatage des pores dû à la cristallisation du chlorure de sodium. Enfin le modèle a servi à expliquer les mécanismes physiques à l'origine de certains phénomènes observés lors du séchage et de l'imbibition de matériaux poreux en présence de sels.

La durabilité des ouvrages en béton armé est étroitement liée à la composition des matériaux dont ils sont formés, et plus particulièrement aux propriétés de ces derniers. Cette durabilité est caractérisée par des indicateurs parmi lesquels se trouve le coefficient de diffusion des chlorures. Ceux-ci pénètrent le béton et interagissent avec les ions composant la solution interstitielle (contenue dans les pores) ainsi que les composants de la matrice cimentaire. Il existe peu de travaux dans la littérature qui décrivent toutes ces interactions ioniques de façon simultanée et encore moins leur prise en compte dans l’étude et la modélisation des transferts. Ce travail de thèse présente une étude des interactions multi-espèces se produisant lors du transfert des ions chlorure. Pour ce faire, l’évolution de la composition de la solution interstitielle, de plusieurs pâtes de ciment contenant diverses additions minérales, est étudiée. La solution interstitielle des pâtes de ciment est extraite suite à un essai de migration par pressage et analysée par chromatographie ionique. Par ailleurs, l’évolution de la microstructure de ces matériaux suite au transfert des chlorures est caractérisée par porosimétrie à intrusion de mercure (PIM) et microscopie électronique à balayage (MEB). Ceci a permis de mettre en évidence les modifications provoquées par la diffusion des ions chlorures. Dans un second temps, et afin de simuler le transfert des chlorures dans la matrice cimentaire, un modèle de transfert multi-espèces est développé. Dans ce sens, plusieurs modèles de transfert mono et multi-espèces, sous l’effet d’un champ électrique ou non, en régime stationnaire et transitoire ont été développés auparavant. L’objectif de cette partie numérique est d’étendre ces modèles à la prise en compte de l’ensemble des ions composant la solution interstitielle ainsi que leurs interactions multi-espèces conduisant à la précipitation de composés à base de chlore et à la dissolution des hydrates. La formulation mathématique des phénomènes étudiés est établie à partir de la loi de conservation de masse et les équations de la thermodynamique. Les conditions initiales et aux limites sont adaptées pour tenir compte à la fois de la composition chimique réelle de l’eau de mer et de celle de la solution interstitielle. Les résultats obtenus permettent de mettre en exergue l’effet de ces phénomènes sur la composition chimique de la solution interstitielle ainsi que sur le transfert des chlorures
The durability of the reinforced concrete structures is closely related to the composition of their materials and, particularly to their properties. This durability is characterized by indicators among which we quote the diffusion coefficient of chlorides. These ionic species penetrate through the concrete and interact with the other species present in the interstitial solution (contained in concrete pores) as well as the cementitious matrix components. In the literature, there is a lake of data describing simultaneously these ionic interactions, especially their consideration in the study or modeling the ionic transport phenomena. This work focuses on the study of multispecies interactions that occur during the chloride transfer. To this purpose, the evolution of pore solutions chemistry of hardened cement pastes manufactured with different mineral additions is investigated. This solution is extracted, before and after migration test, using a specific press and analyzed by ionic chromatography. Furthermore, the microstructure evolution of these cement pastes is characterized by mercury intrusion porosimetry (MIP) and scanning electron microscopy (SEM). This allows highlighting the modification caused by chloride penetration. Secondly, for the modeling of chloride transport in cement based materials, a multispecies transport model is developed. In this context, several mono and multispecies transport models, under an electrical field or not, in transitory or steady state were developed previously. The aim of this numerical study is to extend these models in order to consider the ions present in the interstitial solution and their multispecies interactions leading to the precipitation of new chloride compound and the dissolution of some hydrates. The mathematical formulation of the phenomena studied was established from the principle of mass conservation and the thermodynamic equations. Initial and boundary conditions were adopted to take into account both the chemical composition of sea water and that of pore solution. Results highlight the effect of these phenomena on the pore solution chemistry and the chloride transport

L'objectif principal du travail présenté est la compréhension de la relation liant le flux de chlorures mesuré expérimentalement en régime stationnaire lors d'un essai de diffusion-migration à travers un échantillon de mortier, à la valeur de courant associé. Une approche expérimentale, basée sur un protocole d'essai spécifique, a permis de comparer les courbes de chrono-ampérométries obtenues lors d'essais de diffusion-migration pour des mortiers d'épaisseurs différentes préparés à partir de différents dosages en eau. Tous les essais ont montré que la densité surfacique de courant évoluait en deux phases après ajout d'une solution contenant le chlorure de sodium : 1. Une diminution malgré la présence d'une solution plus conductrice. 2. Une augmentation, malgré un flux constant, d'autant plus importante que les pores sont d'un rayon moyen plus important. Un protocole de mesure de l'impédance électro-chimique des échantillons soumis au test de diffusion-migration a fait apparaître une modification des caractéristiques électriques de ces derniers lors des polarisations en présence de chlorures de sodium. La mesure d'impédance électrochimique du matériau a permis d'accéder au taux de surface d'échange solide-liquide. Ces observations ont conduit au développement d'un modèle théorique nouveau qui permet le calcul d'un coefficient de diffusion apparent en prenant en considération les phénomènes de double couche à l'interface solide-solution, la géométrie de la matrice poreuse, les interactions ioniques, et les cinétiques de réactions hétérogènes. La confrontation des résultats théoriques aux mesures expérimentales valide les hypothèses retenues dans le modèle et souligne la prépondérance des effets électro-capillaires sur la valeur de ce coefficient de diffusion apparent.