Efficiency of corrosion inhibitors used for concrete structures in aggressive environment

par Ahmed Elshami

Thèse de doctorat en Science pour l’Ingénieur

Sous la direction de Abdelhafid Khelidj, Pierre Mounanga, Stéphanie Bonnet et de Marta Choinska.

Soutenue en 2012

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes) , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Inhibiteur de corrosion
• Durabilité
• Solution interstitielle
• Cni
• Ama
• Mfp
• Zinc-phosphate
• Béton -- Propriétés mécaniques
• Béton -- Détérioration

Résumé

The deterioration of a concrete structure may occur due to many processes, which act individually or synergistically. Some examples of processes that cause material deterioration include alkali aggregate reactivity, sulphate attacks, freezing, thawing, cycling, carbonation or salt attack inducing corrosion of concrete reinforcement. Corrosion of reinforcing rebars is one of the most important phenomenon’s that reduce the service life of a concrete structure, and causes a huge impact on the maintenance budget of affected structure. The objective of this research work is to study the long-term durability of different corrosion inhibitors. On the one hand, three additive corrosion inhibitors are selected as representatives : one is a calcium nitrite based corrosion inhibitor (CNI), the other corrosion inhibitors are ethanolamine (AMA) and sodium monoflurophosphate (MFP). They were admixed in water before casting of three different concretes (Ordinary Portland cement concrete (OPCC), blended cement concrete prepared with 30% slag in mass substitution of Portland cement (BCC) and ready-mix concrete (RMC)). In order to characterize the effectiveness of these inhibitors, four approaches are used: one at the level of pore concrete simulating solutions, one at the solution extract of cement level, one at the mortar level and one at the concrete level. The study was performed through the using electrochemical and analytical methods to discuss the inhibition mechanism in the presence of chloride ions. On the other hand, the objective of this study is to explore the efficiency of a new inhibitive pigment zinc-phosphate (ZP) used as coating for rebars and obtained by chemical conversion and cathodic electrochemical treatment, to protect carbon steel rebar against the corrosion by chloride ions in fresh pore concrete simulating solutions and mortars.

Titre traduit

Efficacité des inhibiteurs de corrosion des structures en béton utilises dans un environnement aggressif

Résumé

La détérioration d'une structure en béton peut être dû à de nombreux processus, qui agissent individuellement ou en synergie. Quelques exemples de processus qui causent la détérioration des matériaux cimentaires comprennent des attaques sulfatique, des cycles gel-dégel, de la carbonation ou des attaques salins provoquant la corrosion des armatures dans le béton. La corrosion des armatures est l'un des phénomènes les plus importants qui réduit la durée de vie des ouvrages en béton, en impactant de façon importante le budget maintenance de la structure affectée. L’objectif de ce travail est d'étudier la durabilité à long terme de différents inhibiteurs de corrosion. D’une part, trois inhibiteurs de corrosion sont choisis comme représentatifs : le nitrite de calcium (CNI), l’éthanolamine (AMA) et le sodium monofluorophosphate (MFP). Ils sont incorporés dans trois bétons différents : le béton de ciment Portland (OPCC), le béton de ciment reconstitué avec 70% de ciment Portland et 30% de laitier (BCC) et le béton prêt à l’emploi (RMC). Afin d'étudier l'efficacité de ces trois inhibiteurs, quatre approches sont employées : une à l’échelle de la solution interstitielle de béton, une à l'échelle de la solution extraite de ciment, une à l'échelle du mortier et une à l'échelle du béton. L'étude est réalisée en employant des méthodes électrochimiques et analytiques afin de caractériser le mécanisme d'inhibition en présence d'ions chlore. D’autre part, l'objectif de cette étude est d'explorer l'efficacité d'un nouveau pigment inhibiteur de zinc-phosphate (ZP) obtenu par la conversion chimique et le traitement électrochimique cathodique. Cette étude est réalisée à l’échelle de la solution interstitielle de béton ainsi qu’à à l'échelle du mortier.