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Procedé pour améliorer La resistance à La corrosion d'une barre d'armature en acier trempe et auto-revenu.
La presente invention porte sur un procede pour améliorer la résistance à La corrosion d'une barre d'armature en acier trempe et autorevenu.
Les barres d'acier utilisees pour L'armature du beton sont soumises b La corrosion aussi bien au cours de leur stockage, de leur transport et de leur mise en oeuvre sur Les chantiers de construction que pendant leur durée de vie dans Le beton.
Elles sont d'abord exposees ä La corrosion exercee par differents agents agressifs contenus dans l'atmosphère. Cette action est particul ièrement sévère en atmosphere marine, en raison de l'attaque de L'acier par Les chlorures ; il peut en resulter un enrouillement excessif, avec detachement et perte de matiere, susceptible de conduire à des diminutions de section inacceptables ou Åa des aLterations indesirables des nervures d'ancrage.
Lorsqu'elLes sont noyées dans Le beton, Les armatures sont normalement protegees contre La corrosion grâce au caractere alcalin (pH environ 12, 5) conféré au beton par La chaux qu'il contient. Toutefois, il apparat frequemment d'importants problemes de corrosion des armatures dans Le beton, essentiellement sous l'action d'agents agressifs exteneurs qui diffusent ä travers celui-ci. Ces problemes se rencontrent notamment Lorsque Le beton est de mauvaise qualite, mais egaLement Lorsque l'épaisseur du parement de beton est faible, pour des raisons de construction, ou Lorsque le beton est fissure par suite de sollicitations de traction en service.
Ces phénomènes de diffusion conduisent a une carbonatation du beton par absorption du C02 de l'at-
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oosphère, avec comme consequence une diminution du pH du beton ; iL en resulte une chute du pouvoir protecteur du beton et La restauration de
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La vuLnerabiLite des armatures aux agents agressifs tels que Les chLo- rures qui diffusent egaLement à travers Le béton. Ces phénomenes peuvent conduire ä l'écaillage du beton et ä La mise ä nu des arma- tures ; il en résulte une acceLeration de La corrosion qui provoque à son tour une degradation de L'aspect esthétique et peut même mettre en peril La sécurité de La construction.
On connait egaLement deux techniques principales destinées àcombattre Les phénomènes precites et à assurer ainsi La protection des armatures.
Un premier type de techniques consiste à appliquer, sur Le beton, un
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film protecteur destiné ä empecher La Penetration et La diffusion des agents atmosphériques dans Le beton. Ce film, applique sur La piece ou La construction terminée, n'assure cependant aucune protection de L'armature pendant son stockage, son transport ou sa mise en oeuvre. En outre, son action protectrice peut s'atténuer ou même disparaitre au cours du temps sous L'effet de l'érosion atmosphérique. Enfin, cette action est compromise en cas de degradation ou de dommages subis
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par Le film protecteur. Le second type de techniques consiste à deposer, sur L'armature, une couche de protection contre La corrosion, par exempLe par gaLvanisation au trempe ou par recouvrement de résine epoxy.
Ces deux techniques s'averent cependant tres coüteuses. De plus, elles ne peuvent etre appliquées qu'après La fabrication des armatures ; elles necessitent donc des opérations supplémentaires qui aLLongent Les durees de fabrication et se repercutent en definitive defavorablement sur Le prix des armatures.
L'objet de La présente invention est de proposer un procede pour pro- teger Les armatures ä beton contre La corrosion, qui ne présente pas Les inconvénients precites et qui, en particulier, peut etre mis en oeuvre au cours du processus de fabrication de ces armatures.
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Comme on L'a indique pLus haut, La presente invention vise Les armatures à beton en acier soumises aux procede de trempe et d'autorevenu qui a ete recemment mis au point par Le même demandeur.
On peut rappeler brievement Le principe de ce procédé de refroidissement con- trolle qui comporte essentiellement trois etapes. La premiere etape consiste à soumettre une barre d'acier, des sa sortie de La derniere cage du Laminoir a chaud et des Lors à partir de sa temperature de fin de Laminage, c'est-à-dire à L'etat austénitique, à un refroidissement superficiel brusque et de courte duree tel qu'il provoque dans la
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barre La formation d'une couche penphenque constituee de martensite ou de bainite, c'est-a-dire d'une structure de trempe. Ce premier refroidissement est réalisé à L'eau froice. A La fin de cette première etape, La surface de la barre se trouve ä une temperature inferieure au point Ms de l'acier utilisé, tandis que Le coeur de La barre n'est pas atteint par Le refroidissement brusque.
La barre est ensuite, au cours d'une deuxiàme étape, soumise a un refroidissement dans L'air au cours duquel les températures s'égaLisent dans sa section : La tempé- rature de surface augmente sous l'effet de la chaleur venant du coeur, ce qui provoque un auto-revenu de La couche superficielle de martensite ou de bainite ; simuLtanément, Le coeur se refroidit lentement et sa structure austénitique initiale se transforme en ferrite et en carbures. En règle generale, les temperatures de la surface et du coeur s'égalisent sensiblement entre 400 degres centigrades et 700 degres centigrades. A partir de l'égalisation des temperatures, la barre se refroidit, dans toute sa section, jusqu'à La temperature ambiante, sans subir de nouvelle transformation de structure.
Ce dernier refroidissement constitue la troisieme etape de ce procédé connu.
La presente invention permet de profiter des conditions particulières que presente ce procédé pour atteindre Le but visé, Åa savoir L'amelioration de La résistance ä la corrosion de ce type d'armatures à beton.
L'invention porte egaLement sur une barre d'armature presentant une protection améLiorée contre La corrosion obtenue par application de ce procédé.
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Conformément a La presente invention, un procede pour améLiorer La re- sistance Åa la corrosion d'une barre d'armature en acier trempé et auto-revenu, est caractérisé en ce que, pendant Le processus de trempe et auto-revenu, on forme à La surface de La barre une couche de protection contre La corrosion.
Suivant une première variante de L'invention, on soumet La barre à un traitement de phosphatation pendant au moins une des etapes dudit processus.
A cet egard, il s'est avere interessant d'utiliser pour la phospha- tation de la surface de La barre un agent phosphatant contenant du phosphate de manganese.
SeLon cette variante, on appLique Ledit traitement de phosphatation au cours de la premiere etape du processus, en ajoutant L'agent phosphatant à L'eau de refroidissement.
EgaLement seLon cette variante, on applique Ledit traitement de phosphatation au cours de La deuxième etape du processus, en projetant sur La suface de la barre un fluide liquide ou gazeux contenant ledit agent phosphatant.
Toujours selon cette variante, on appLique Ledit traitement de phosphatation au cours de la troisième etape du processus en plongeant La barre. dans une solution contenant Ledit agent phosphatant.
Dans Le cadre de cette variante, et particulierement Lorsque L'on appLique Le traitement de phosphatation au cours de La troisième etape du processus, iL s'est avere interessant de combiner Le traitement de phosphatation avec une Operation de decapage de La barre. Une teLLe opération de decapage, eventueLLement suivie d'un rinçage, vise ä eLi- miner les oxydes superficiels qui peuvent s'être formes au cours des etapes de refroidissement précédents et ä favoriser La formation de La couche protectrice de phosphate à la surface de La barre. Selon La nature des substances utilises, on peut d'ailleurs combiner en une
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seule opération Le décapage et La phosphatation de La barre.
Bien que Le traitement de phosphatation précité soit de preference applique en continu Åa une barre qui defile, iL ne sortirait cependant pas du cadre de la presente invention de pratiquer ce traitement de maniere discontinue au cours de La troisième etape du processus rappele plus haut. Dans une teLLe mise en oeuvre discontinue, Le traitement pourrait par exemple porter sur une pLuraLite de barres, coupees à une Longueur appropriee et plongées dans une solution de phosphatation et de décapage éventuel.
Suivant une autre variante de L'invention, on forme sur la barre une couche d'oxyde stable, en exposant ladite barre à un courant gazeux oxydant teL que l'air ou L'oxygene.
Selon cette variante, cette opération est avantageusement effectuee
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dans les zones du processus oü La surface de La barre presente une temperature eLevee, c'est-ä-dire avant Le debut de La premiere etape et/ou entre La deuxieme et La troisibme etape, au sens defini plus haut.
Suivant encore une autre variante de l'invention, on dépose sur la surface de la barre une couche de peinture resistant aux temperatures elevees.
SeLon cette variante, cette couche de peinture est avantageusement déposée par projection, ce dépôt étant de preference reaLise entre la première et La deuxième etape du processus, c'est-a-diredans La zone de celui-c ; où La surface de La barre se trouve Åa une temperature basse. La peinture est ensuite rapidement recuite et séchée Åa haute tempé- rature au cours du réchauffage superficiel de La barre qui se produit pendant La deuxième étape du processus.
Suivant une caracteristique supplementaire du procede de L'invention, on dépose un film d'huile sur ladite couche de protection constituee notamment de phosphate, d'oxyde ou de peinture. A cet effet, on utiLise de préférence une huile dessiccative.
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Un teL film d'huile obture entièrement Les pores et Les defauts even- tuels de la couche de protection. En outre, une hui le dessiccative reste fluide et grasse pendant une duree qui depend de sa composition ; elle protège ainsi très efficacement ladite couche contre tout agent extérieur et eLLe renforce ainsi nettement La protection assuree par La couche de phosphate, d'oxyde ou de peinture.
Lorsque La durée correspondante est ecouLee, l'huile seche et elle n'altère des lors pas Le comportement, en particulier, L'adherence de La barre dans Le béton.
A titre d'exemple, on decrit ci-dessous une sequence operatoire correspondant a un traitement de décapage suivi d'une phosphatation au manganèse, appliquée ä une barre au cours de la troisième étape du processus de trempe et d'auto-revenu.
Au cours du refroidissement final, la barre a ete immergée pendant
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environ 10 min. dans une solution de decapage constituée de HCL 0, 5 N additionnee de 2, 5 g/L d'hexamethyLenetetramine, qui se trouvait à La temperature ambiante. Apres un rinçage à L'eau courante, la barre a été plongée dans une solution aqueuse contenant 10 % en poids d'un agent phosphatant : La temperature de la solution etait comprise entre
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90 degres C et 95 degres C, le rapport de l'acidité totale à L'acidite tibre valait 7 : 1 et La durée immersion a été d'environ 10 min.
Après un rinçage ä L'eau courante suivi d'un séchage ä L'air chaud, La barre phosphatée a été enduite d'un film d'huile par trempage dns un bain d'huile a La temperature ambiante.
La barre ainsi traitée n'a montre aucune trace d'oxydation pendant un stockage et une exposition prolongés à une atmosphère industriell industrielle.
Dans tous les cas envisages ci-dessus, Le procédé de L'invention est mis en oeuvre pendant le processus de trempe et d'auto-revenu. Il ne nécessite pas d'équipements supplémentaires importants et il assure une protection aussi bien temporaire contre la corrosion atmosphérique que permanente contre La corrosion dans Le beton. Enfin, iL ne sortirait pas du cadre de la presente invention d'appliquer simultane-
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ment ou successivement plusieurs des variantes précitées, pendant Le processus de trempe et d'auto-revenu de La barre.
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Process to improve the corrosion resistance of a hardened and self-tempering steel rebar.
The present invention relates to a method for improving the corrosion resistance of a hardened and self-returning steel rebar.
The steel bars used for the concrete reinforcement are subject to corrosion both during their storage, transport and implementation on construction sites as during their service life in concrete.
They are first exposed to the corrosion exerted by various aggressive agents contained in the atmosphere. This action is particularly severe in a marine atmosphere, due to the attack of Steel by Chlorides; this may result in excessive rusting, with detachment and loss of material, capable of leading to unacceptable reduction in section or to undesirable damage to the anchoring ribs.
When embedded in concrete, the reinforcements are normally protected against corrosion thanks to the alkaline character (pH about 12.5) given to concrete by the lime it contains. However, there frequently appear to be significant problems of corrosion of reinforcements in concrete, essentially under the action of aggressive extenuating agents which diffuse through it. These problems are encountered in particular when the concrete is of poor quality, but also when the thickness of the concrete facing is small, for construction reasons, or when the concrete is cracked due to tensile stresses in service.
These diffusion phenomena lead to carbonation of the concrete by absorption of the CO 2 from the
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oosphere, resulting in a decrease in the pH of the concrete; This results in a fall in the protective power of concrete and the restoration of
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The visibility of reinforcements to aggressive agents such as chlorides which also diffuse through concrete. These phenomena can lead to flaking of the concrete and the exposure of reinforcement; this results in an acceleration of corrosion which in turn causes a degradation of the aesthetic appearance and can even jeopardize the safety of the construction.
There are also two main techniques known for combating the above phenomena and thus ensuring the protection of the reinforcements.
A first type of technique consists in applying, on Concrete, a
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protective film intended to prevent Penetration and Diffusion of atmospheric agents in Concrete. This film, applied to the finished piece or construction, does not however provide any protection for the frame during its storage, transport or implementation. In addition, its protective action may diminish or even disappear over time under the effect of atmospheric erosion. Finally, this action is compromised in case of degradation or damage suffered
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by The protective film. The second type of technique consists in depositing, on the reinforcement, a layer of protection against corrosion, for example by hot-dip galvanizing or by covering with epoxy resin.
These two techniques are however very costly. In addition, they can only be applied after the manufacture of the frames; they therefore require additional operations which lengthen the manufacturing times and ultimately have an unfavorable impact on the price of the reinforcements.
The object of the present invention is to provide a method for protecting concrete reinforcements against corrosion, which does not have the above drawbacks and which, in particular, can be implemented during the manufacturing process of these. frames.
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As indicated above, the present invention relates to steel concrete reinforcements subjected to the quenching and self-absorbing process which was recently developed by the same applicant.
The principle of this controlled cooling process, which essentially comprises three stages, can be briefly recalled. The first step consists in subjecting a steel bar, as soon as it leaves the last cage of the hot rolling mill and when from its end of rolling temperature, that is to say in the austenitic state, to sudden and short-lived surface cooling as it causes in the
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barre The formation of a penisque layer consisting of martensite or bainite, that is to say a quenching structure. This first cooling is carried out with cold water. At the end of this first stage, the surface of the bar is at a temperature below the point Ms of the steel used, while the core of the bar is not reached by the sudden cooling.
The bar is then, during a second step, subjected to cooling in the air during which the temperatures equalize in its section: The surface temperature increases under the effect of the heat coming from the heart , which causes self-income from the surface layer of martensite or bainite; at the same time, the core cools slowly and its initial austenitic structure is transformed into ferrite and carbides. In general, the surface and core temperatures are roughly equalized between 400 degrees centigrade and 700 degrees centigrade. From the temperature equalization, the bar cools, in its entire section, to room temperature, without undergoing any further structural transformation.
This latter cooling constitutes the third stage of this known process.
The present invention makes it possible to take advantage of the particular conditions which this process presents in order to achieve the aim aimed at, namely the improvement of the corrosion resistance of this type of concrete reinforcement.
The invention also relates to a rebar having improved protection against corrosion obtained by application of this process.
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According to the present invention, a method for improving the corrosion resistance of a reinforcing bar of hardened and self-annealing steel, is characterized in that, during the quenching and self-annealing process, one forms On the surface of the bar a layer of corrosion protection.
According to a first variant of the invention, the bar is subjected to a phosphating treatment during at least one of the stages of said process.
In this regard, it has been found advantageous to use a phosphating agent containing manganese phosphate for the phosphating of the bar surface.
According to this variant, said phosphating treatment is applied during the first stage of the process, by adding the phosphating agent to the cooling water.
Also according to this variant, said phosphating treatment is applied during the second stage of the process, by spraying onto the surface of the bar a liquid or gaseous fluid containing said phosphating agent.
Still according to this variant, said phosphating treatment is applied during the third step of the process by immersing the bar. in a solution containing the said phosphating agent.
In the context of this variant, and in particular when the phosphating treatment is applied during the third stage of the process, it has proved to be advantageous to combine the phosphating treatment with a stripping operation of the bar. Such a pickling operation, possibly followed by rinsing, aims to remove the surface oxides which may have formed during the preceding cooling stages and to favor the formation of the protective phosphate layer on the surface of the closed off. Depending on the nature of the substances used, we can also combine
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single operation Stripping and phosphating of the bar.
Although the above-mentioned phosphating treatment is preferably applied continuously to a moving bar, it would not, however, depart from the scope of the present invention to practice this treatment discontinuously during the third stage of the process mentioned above. In such a discontinuous implementation, the treatment could for example relate to a plurality of bars, cut to an appropriate length and immersed in a solution of phosphating and possible pickling.
According to another variant of the invention, a stable oxide layer is formed on the bar, by exposing said bar to an oxidizing gas stream such as air or oxygen.
According to this variant, this operation is advantageously carried out
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in areas of the process where the surface of the bar has a high temperature, that is to say before the start of the first stage and / or between the second and the third stage, in the sense defined above.
According to yet another variant of the invention, a layer of paint resistant to high temperatures is deposited on the surface of the bar.
According to this variant, this layer of paint is advantageously deposited by spraying, this deposit preferably being carried out between the first and the second stage of the process, that is to say in the zone thereof; where The surface of the bar is at a low temperature. The paint is then quickly annealed and dried at high temperature during the surface reheating of the bar which occurs during the second stage of the process.
According to an additional characteristic of the process of the invention, an oil film is deposited on said protective layer consisting in particular of phosphate, oxide or paint. For this purpose, a desiccant oil is preferably used.
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Such a film of oil completely seals the pores and any faults in the protective layer. In addition, the desiccant remains fluid and oily for a period which depends on its composition; it thus very effectively protects said layer against any external agent and it thus clearly reinforces the protection provided by the layer of phosphate, oxide or paint.
When the corresponding duration is elapsed, the oil dries and it does not therefore alter the behavior, in particular, the adhesion of the bar in the concrete.
By way of example, below is described an operating sequence corresponding to a pickling treatment followed by a manganese phosphating, applied to a bar during the third step of the quenching and self-tempering process.
During the final cooling, the bar was submerged for
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about 10 min. in a pickling solution consisting of 0.5 N HCL supplemented with 2.5 g / L of hexamethyLenetetramine, which was at room temperature. After rinsing with running water, the bar was immersed in an aqueous solution containing 10% by weight of a phosphating agent: The temperature of the solution was between
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90 degrees C and 95 degrees C, the ratio of total acidity to acidity was 7: 1 and the immersion time was approximately 10 min.
After rinsing with running water followed by drying with hot air, the phosphate bar was coated with an oil film by soaking in an oil bath at room temperature.
The bar thus treated showed no trace of oxidation during prolonged storage and exposure to an industrial industrial atmosphere.
In all the cases envisaged above, the method of the invention is implemented during the quenching and self-tempering process. It does not require significant additional equipment and it provides both temporary protection against atmospheric corrosion and permanent protection against corrosion in concrete. Finally, iL would not depart from the scope of the present invention to apply simultane-
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or successively several of the above-mentioned variants, during the bar quenching and self-tempering process.