Évaluation de l’efficacité inhibitrice de Na3PO4 contre la corrosion des armatures du béton : Apport de l’émission acoustique dans la caractérisation et le contrôle de l’anticorrosion

Evaluation of the Na3PO4 inhibition efficiency against steel reinforcements corrosion : Contribution of the acoustic emission in the characterization and monitoring of anti-corrosion

• Auteur / Autrice : Haifa Nahali
• Direction : Leila Dhouibi, Hassane Idrissi Chbihi Hamzaoui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 25/03/2015
• Etablissement(s) : Lyon, INSA en cotutelle avec Université de Tunis El Manar
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science - UMR 5510 (Rhône) - Matériaux- ingénierie et sciences / MATEIS
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Kadri Younes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Leila Dhouibi, Hassane Idrissi Chbihi Hamzaoui, Mohamed Kadri Younes, Juan Creus, Ismail Khattech, Patrice Berçot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juan Creus, Ismail Khattech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contrôle par émission acoustique

Phosphates

Anticorrosion

Barres d'armature

Béton armé

Mots clés libres

Béton armé

Armature en béton

Acier

Corrosion

Inhibiteur au phosphate

Mortier

Chlorures

Emission acoustique

Reinforced concrete

Reinforcement

Steel

Corrosion

Phosphate inhibitor

Acoustic emission

Résumé

L’objectif principal de cette thèse est d’étudier l’efficacité d’un inhibiteur à base de phosphate, Na3PO4, sur l’amorçage de la corrosion des armatures du béton. L’étude a été réalisée moyennant des méthodes électrochimiques et d’analyse de surface associées à l’émission acoustique et à la technique de la cellule de diffusion. L’évaluation de l’efficacité de l’inhibiteur en milieu simulant le béton a été réalisée en utilisant une nouvelle méthode de prétraitement de l’armature et de suivi de la corrosion. Il apparaît qu’en présence de Na3PO4 le rapport critique [Cl-] / [OH-] d’amorçage de la corrosion par piqûre atteint une valeur (R=15) nettement supérieure à celle sans utilisation de Na3PO4 (R ~ 0,6). L’inhibition est due à la formation d’un film renfermant des composés phosphatés (FePO4, (PO4)2Fe3,8H2O) qui bloque les sites anodiques actifs de l’acier, et augmente de façon significative sa résistance à la corrosion localisée. Pour un rapport R > 15, la dépassivation est liée à la présence d’une forte teneur en chlorure dans le milieu et conduit à terme, à la destruction quasi générale du film formé au préalable sur la surface de l’acier.La technique de cellule de diffusion a permis d’étudier, principalement, la cinétique de diffusion des ions Cl- dans un mortier confectionné sans et avec Na3PO4. La présence du phosphate dans le mortier entraîne une réduction du coefficient de diffusion des ions chlorures, et un accroissement important de la période d’amorçage du processus de corrosion. Enfin, l’inhibiteur adjuvant engendre la formation de nouveaux produits à base de phosphate dans le mortier (principalement : Ca3H2(P2O7)2, H2O et CaHPO4, 2H20). La disparition des hydrates usuels du ciment entraine une légère diminution de la résistance à la compression du béton, et de son module d’élasticité. Néanmoins, la présence de ces composés phosphatés bloque les pores du mortier et freine la diffusion des chlorures. Il s’ensuit une amélioration de la résistance de la corrosion du mortier armé en milieu 3 % NaCl. L’ensemble de ces résultats a montré clairement que cet adjuvant demeure recommandé pour la protection des armatures contre la corrosion en milieu chloruré.

The main aim of this thesis is to study the effectiveness of a phosphate based inhibitor, Na3PO4, against steel reinforcement corrosion initiation. The study was carried out by means of electrochemical methods and surface analysis associated with the acoustic emission and the diffusion cell technique. The effectiveness evaluation of this inhibitor in medium simulating the concrete pore solution has been studied using new method for reinforcement pretreatment and the corrosion monitoring. It appears that in the presence of Na3PO4, the critical ratio [Cl-] / [OH-] which prevents the pitting corrosion initiation reaches 15. This value is significantly higher than that found in the case of the steel without Na3PO4 (R ~ 0. 6). The inhibition is due to the layer formation containing phosphate compounds (FePO4, (PO4)2Fe3.8H2O), resulting in a considerable reduction of the anode active sites in contact with the electrolyte. This reinforces the steel passivation and greatly increases its resistance to localized corrosion. For R > 15 ratio, the depassivation has been associated with the presence of a high chloride content in the medium and with the destruction of the film formed beforehand on the steel surface. The diffusion cell technique was used to study mainly the Cl- ion diffusion kinetics in a mortar without and with Na3PO4. The presence of phosphate in the mortar, leads to the chloride ions diffusion coefficient reduction and an important increase of the corrosion process initiation period. Finally, the adjuvant inhibitor causes the formation of new phosphate-based products in the mortar (principally: Ca3H2(P2O7)2.H2O et CaHPO4.2H20). The disappearance of usual cement hydrates induces a slight decrease of compressive strength of the concrete and its elasticity modulus. Nevertheless, the presence of these phosphate compounds blocks the mortar pores and restricts the chloride diffusion. It follows an improvement of the corrosion resistance of the reinforced mortar in 3% NaCl medium. All these results clearly show that this adjuvant is recommended for the reinforcement protection against corrosion in chloride medium.