EP0733757B1 - Procédé de protection contre les effets de l'oxydation sur des armatures actives noyées dans une masse de béton - Google Patents

Procédé de protection contre les effets de l'oxydation sur des armatures actives noyées dans une masse de béton Download PDF

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EP0733757B1
EP0733757B1 EP95870020A EP95870020A EP0733757B1 EP 0733757 B1 EP0733757 B1 EP 0733757B1 EP 95870020 A EP95870020 A EP 95870020A EP 95870020 A EP95870020 A EP 95870020A EP 0733757 B1 EP0733757 B1 EP 0733757B1
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EP
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armouring
channel
high power
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Daniel Michaux
Jean-Claude Bourcy
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NORTEX
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Pmd Sprl
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    • E04G23/0211—Arrangements for filling cracks or cavities in building constructions using injection

Definitions

  • the invention relates to a method of protection against the effects of oxidation on active reinforcements embedded in a mass of concrete, said reinforcements can be in the form set of wires or strands arranged in a sheath, and also highlight at the same time imperfections in the injection grout (voids, porosities).
  • the invention applies to the protection of any type of reinforcement in a mass of concrete, the invention will be described more particularly as part of protection against the effects of the oxidation of reinforcements or the set of reinforcements as these are found in works of civil engineering built according to the so-called techniques of prestressing or post-stressing.
  • Prestressed concrete and / or post-constrained a technology allowing to confer on beams, slabs or any other concrete element sufficient own resistance to allow them to fulfill the function assigned to them.
  • This own resistance is achieved by tensioning either wires, steel bars or strands, with a very high resistance limit, generally called active reinforcements.
  • the effort of tension exerted to tension these reinforcements is transferred to concrete which, by reaction, undergoes a compression. Normal efforts and moments of bending thus created balance the actions of the loads exterior, thereby achieving resistance requested.
  • Active reinforcements are steels high resistance particularly sensitive to degradation by corrosion effect due to the action of oxygen.
  • the corrosion protection of these reinforcements are conventionally produced by coating them by a mortar, or by a cement grout.
  • the active reinforcements are surrounded by a continuous sheath, most often made up of steel strips but also PVC or, more recently, made of high density polyethylene. This sheath constitutes the conduit which allows the injection of the grout cement protector. Protection of reinforcements active prestressing by adhesion, is that imparted by structural concrete.
  • this protection against corrosion should be sufficient as it causes barrier to the penetration of oxygen from the air, it provides watertightness and, in addition, provides in the middle a basic pH preventing the development of corrosion.
  • the pathology described also concerns well the road bridges that any type of construction prestressing or post-stressing.
  • Another source of steel corrosion assets is constituted by the loss of character strongly basic environment surrounding steels (mortar, grout cement, concrete) due to the carbonation of this medium.
  • Document FR-A-2 116 618 proposes a process, capable of remedying the effects of oxidation on active reinforcements, this term being taken in its sense the wider.
  • a mortar patching is injected to fill defects in porosity in structures such as cracks, crevices, etc.
  • the injection is obtained using a pump alternating pressure fluctuation, obtained by the movement of a piston in a cylinder ("fluid hammering").
  • the invention is as expressed in the claim 1 and therefore consists in using the process as described in document FR-A-2 116 618, but by applying to the corrosion inhibiting solution a high power and frequency pulsating wave such as the acoustic waves produced (ultrasound) in promote penetration.
  • High frequency is associated with phenomenon nonexistent in the state of the art: waves high-power acoustics that are produced create in the liquid a state of cavitation which allows to release the entrances leading to microcracks and interstices.
  • the acoustic waves produced in the liquid vibrate microcracks and interstices which open and close in phase at the frequency of the ultrasonic wave and thus allow the liquid to progress in the environment of cement grout protection.
  • the present invention therefore allows to amplify the diffusion of the liquid concerned in the microcracks and interstices of the medium. These are extremely small (microscopic) compared to simple defects, such as cavities, cracks, voids, etc., from which they must be distinguished. In other words, the liquid is not only injected into the cavities which are medium faults but is also injected into the microcracks that are naturally present in the cement due to its removal when setting.
  • the channel is drilled above, through said sheath so that the corrosion inhibiting solution may come into contact with the armature, or the set of wires or strands to protect and then inject a cement grout to fill the pores and voids of the grout sheath injection.
  • At least one drill a second channel leading to the armature to be protected in order to control the flow of the inhibitor solution along said reinforcement respectively inside the aforementioned sheath.
  • Figure 1 is a schematic view of a installation illustrating the process according to the invention.
  • Figures 2 and 3 show one more large scale a detail of the installation according to the figure 1, suitable for the protection of a sheathed frame.
  • reference 1 designates a prestressed concrete beam.
  • Reinforcement 2 to protect against the effects of oxidation can be arranged in a sheath that has not been explicitly reproduced at Figure 1.
  • this sheath is visible and is designated by reference 3, and a cement grout coats the frames 2.
  • a first phase we drill in the concrete mass channel 4 to the immediate vicinity of reinforcements 2 and when a sheath is present. This drilling is also made through this sheath.
  • a suitable ultrasonic transmitter particularly to the application of the process according to the invention is known as the "sonotrode” built and marketed by S C P BISCORNET.
  • An alternative pulse pump of high frequency suitable for the application of the process according to the invention is shown schematically in the various figures by reference 5.
  • Such a pump is developed so that a sealed enclosure is formed allowing to put the solution in alternative compression corrosion inhibitor.
  • the device known as of "sonotrode” allows to put the inhibitory solution in overpressure and depression and this at a frequency high enough for an effect to be obtained pulsating liquid.
  • This pulsating effect of the liquid promotes its penetration into interstices and microcracks present in the concrete near the reinforcements to protect.
  • the ultrasonic transmitter has a injection tube 6 externally equipped with means which allow to achieve absolute tightness compared to channel 4 through which the liquid is injected.
  • the enclosure of compression bears reference 7 in FIG. 2.
  • inhibitory solution enters the ultrasonic transmitter through line 8, while the coolant of the compression enclosure reaches the ultrasonic transmitter via line 10 and the corrosion inhibiting liquid via line 11 to the overflow tank 12.
  • the coolant circulation is required in order to avoid overheating and possible degradation corrosion inhibiting liquid.
  • outside channels 4 intended for the injection of the liquid inhibitor of corrosion we also planned a series of channels secondary 4 '. These channels also cross the sheath inside which are arranged the frames.
  • 4 'channels allow control the path of the inhibitor solution along the reinforcements 2, respectively inside the sheath 3.
  • the method therefore makes it possible to evaluate the porosity of mass 13 of the injection mortar existing.
  • said grout is either non-existent or very porous, we can, after injection of the inhibitor solution, inject by the conduits (4), and this by conventional means or by the process which has just been described, a micro-mortar based on cement.

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Description

L'invention concerne un procédé de protection contre les effets de l'oxydation sur des armatures actives noyées dans une masse de béton, lesdites armatures pouvant se présenter sous forme d'ensemble de fils ou de torons disposés dans une gaine, et de mettre également en même temps en évidence les imperfections du coulis d'injection (vides, porosités).
Quoique l'invention s'applique à la protection de tout type d'armature dans une masse de béton, l'invention sera décrite plus particulièrement dans le cadre de la protection contre les effets de l'oxydation d'armatures ou l'ensemble d'armatures telles que celles-ci se rencontrent dans les ouvrages de génie civil édifiés selon les techniques dites de précontrainte ou de postcontrainte.
On désigne par béton précontraint et/ou postcontraint une technologie permettant de conférer à des poutres, dalles ou tout élément en béton une résistance propre suffisante pour leur permettre de remplir la fonction qui leur est assignée.
Cette résistance propre est réalisée par la mise en tension soit de fils, de barres d'acier ou de torons, à très haute limite de résistance, appelés en toute généralité armatures actives. L'effort de traction exercé pour tendre ces armatures est transféré au béton qui, par réaction, subit un effet de compression. Les efforts normaux et les moments de flexion ainsi créés équilibrent les actions des charges extérieures, réalisant de cette manière la résistance demandée.
Les armatures actives sont des aciers à haute résistance particulièrement sensibles aux dégradations par effet de corrosion due à l'action de l'oxygène. La protection contre la corrosion de ces armatures est classiquement réalisée en les enrobant par un mortier, ou par un coulis de ciment. Dans ce dernier cas, les armatures actives sont enveloppées par une gaine continue, le plus souvent constituée de feuillards d'acier mais aussi en PVC ou, plus récemment, en polyéthylène à haute densité. Cette gaine constitue le conduit qui permet l'injection du coulis protecteur de ciment. La protection des armatures actives de précontrainte par adhérence, est celle conférée par le béton de structure.
En principe cette protection vis-à-vis de la corrosion devrait être suffisante car elle fait barrière à la pénétration de l'oxygène de l'air, elle assure une étanchéité à l'eau et, de plus, elle confère au milieu un pH basique empêchant le développement de la corrosion.
De nombreux facteurs parmi lesquels les imperfections d'injection ou, tout simplement, l'inéluctable phénomène physique du retrait des mortiers ou des coulis de ciment sont responsables d'une protection insuffisante ou imparfaite. Même lorsque la protection est assurée à un pourcentage élevé, le faible pourcentage d'imperfection est largement suffisant pour provoquer les altérations par oxygénation des armatures actives.
Ces défauts de protection, même localisés et à l'abri d'un renouvellement d'air, posent tôt ou tard des problèmes de corrosion.
La lutte contre le verglas et la neige se faisant plus souvent par épandage, parfois en quantité très importantes, de chlorure de calcium ou de chlorure de sodium, avec contamination par le chlore peut atteindre les armatures actives, à la faveur d'un défaut du milieu d'enrobage. Les conditions physico-chimiques favorables à la corrosion peuvent facilement devenir telles que des corrosions se développent avec, dans le cas extrême, rupture d'armatures.
La pathologie décrite concerne tout aussi bien les ponts routiers que tout type de construction précontrainte ou postcontrainte.
Une autre source de corrosion des aciers actifs est constituée par la perte de caractère fortement basique du milieu environnant les aciers (mortier, coulis de ciment, béton) du fait de la carbonatation de ce milieu.
Le document FR-A-2 116 618 propose un procédé, capable de remédier aux effets d'oxydation sur les armatures actives, ce terme étant pris dans son sens le plus large. Dans un premier temps, on fore dans la masse de béton un canal débouchant face à l'armature qui doit être protégée. On injecte ensuite sous pression dans le canal un mortier et/ou une solution inhibitrice de corrosion jusqu'à resuage de celui-ci vers l'extérieur. L'injection est réalisée en utilisant une pompe pneumatique pulsatoire, commandée par une électro-vanne à impulsions. Dans ce procédé, il est prévu de vider au préalable les gaines des armatures de l'eau qu'elles contiennent et de les assécher à l'air comprimé, ce qui suppose que le milieu environnant les armatures est relativement dégradé (vides, fissures, etc.).
Dans le document GB-A-1 480 718, un mortier de ragréage est injecté pour combler des défauts de porosité dans des structures tels que fissures, crevasses, etc. L'injection est obtenue en utilisant une pompe à fluctuation de pression alternative, obtenue par le mouvement d'un piston dans un cylindre ("fluid hammering").
L'invention est telle qu'exprimée dans la revendication 1 et consiste donc à utiliser le procédé tel que décrit dans le document FR-A-2 116 618, mais en appliquant à la solution inhibitrice de corrosion une onde pulsatoire de haute puissance et de fréquence telle que les ondes acoustiques produites (ultrasons) en favorisent la pénétration.
La haute fréquence est associée à un phénomène inexistant dans l'état de la technique: les ondes acoustiques de forte puissance qui sont produites créent dans le liquide un état de cavitation qui permet de dégager les entrées conduisant aux microfissures et interstices. De plus, les ondes acoustiques produites dans le liquide mettent en vibration les microfissures et les interstices qui s'ouvrent et se referment en phase à la fréquence de l'onde ultrasonore et permettent ainsi au liquide de progresser dans le milieu constitué par le coulis de ciment de protection.
L'art antérieur décrit par le document FR-A-2 116 618 propose un procédé de réparation et d'injection de résines, ciment, etc. dans les gaines de renforcement, qui cependant est différent de la présente invention. En effet, il suppose que les gaines sont soit abímées, soit mal injectées. Selon la présente invention, la présence de défauts tels que crevasses, fissures, vides, etc., n'est pas nécessaire et le liquide progresse dans une gaine même parfaitement injectée de coulis de ciment. Le liquide inhibiteur de corrosion, une fois injecté dans la gaine, progresse en premier lieu dans les microfissures et le long des armatures. L'intégralité du coulis de ciment poreux est imprégnée par capillarité.
La présente invention permet donc d'amplifier la diffusion du liquide concerné dans les microfissures et interstices du milieu. Ceux-ci sont extrêmement petits (microscopiques) par rapport à de simples défauts, tels que cavités, fissures, vides, etc., desquels il faut les distinguer. Autrement dit, le liquide n'est pas seulement injecté dans les cavités qui sont des défauts du milieu mais est injecté également dans les microfissures qui sont naturellement présentes dans le ciment du fait du retrait de celui-ci lors de la prise.
Dans une forme de réalisation particulière et lorsque l'armature active est entourée d'une gaine telle qu'utilisée en pré- ou postcontrainte on fore le canal précité, au travers de ladite gaine de telle sorte que la solution inhibitrice de corrosion puisse entrer en contact avec l'armature, ou l'ensemble de fils ou de torons à protéger et que par après on injecte un coulis de ciment afin de remplir les pores et les vides du coulis d'injection des gaines.
Toujours selon l'invention on fore au moins un second canal débouchant face à l'armature à protéger afin de contrôler le cheminement de la solution inhibitrice le long de ladite armature respectivement à l'intérieur de la gaine précitée.
D'autres détails et avantages de l'invention ressortiront de la description qui sera donnée ci-après. Cette description n'est donnée qu'à titre d'exemple et ne limite pas l'invention. Les notations de référence se rapportent aux figures ci-jointes.
La figure 1 est une vue schématique d'une installation illustrant le procédé selon l'invention.
Les figures 2 et 3 montrent à une plus grande échelle un détail de l'installation selon la figure 1, adaptée à la protection d'une armature gainée.
Le procédé illustré par ces figures est caractérisé par plusieurs étapes qui seront décrites ci-après.
Aux figures la référence 1 désigne une poutre en béton précontraint. Les armatures 2 à protéger contre les effets de l'oxydation peuvent être disposées dans une gaine qui n'a pas explicitement été reproduite à la figure 1. Aux figures 2 et 3 cette gaine est visible et est désignée par la référence 3, et un coulis de ciment enrobe les armatures 2.
Dans une première phase on fore dans la masse de béton un canal 4 jusqu'à proximité immédiate des armatures 2 et lorsqu'une gaine est présente. Ce forage se fait également au travers de cette gaine.
Dans le canal 4 ainsi foré on injecte une solution inhibitrice de corrosion à laquelle est appliqué un champ pulsatoire de haute puissance.
Ceci peut se faire en faisant usage d'un émetteur ultrasonore de haute puissance tel qu'une pompe pulsatoire alternative.
Un émetteur ultrasonore convenant particulièrement à l'application du procédé selon l'invention est connu sous le nom de "sonotrode" construit et commercialisé par la société S C P BISCORNET.
Une pompe pulsatoire alternative de fréquence élevée convenant à l'application du procédé selon l'invention est représentée schématiquement aux diverses figures par la référence 5. Une telle pompe est développée de manière qu'il se forme une enceinte étanche permettant de mettre en compression alternative la solution inhibitrice de corrosion. Le dispositif connu sous le nom de "sonotrode" permet de mettre la solution inhibitrice en surpression et en dépression et cela à une fréquence suffisamment élevée pour que soit obtenu un effet pulsatoire du liquide. Cet effet pulsatoire du liquide favorise sa pénétration dans les interstices et les microfissures présentes dans le béton à proximité des armatures à protéger. L'émetteur ultrasonore présente un tube d'injection 6 équipé extérieurement de moyens qui permettent de réaliser l'étanchéité absolue par rapport au canal 4 par lequel le liquide est injecté. L'enceinte de compression porte à la figure 2 la référence 7. La solution inhibitrice pénètre dans l'émetteur ultrasonore par la conduite 8, tandis que le liquide de refroidissement de l'enceinte de compression atteint l'émetteur ultrasonore par la conduite 10 et le liquide inhibiteur de corrosion par la conduite 11 vers le réservoir de trop-plein 12. La circulation d'un liquide de refroidissement est nécessaire afin d'éviter un échauffement et une éventuelle dégradation du liquide inhibiteur de corrosion.
Dans le cadre du procédé selon l'invention, tel que celui-ci est illustré par la figure 1, on remarque qu'en dehors des canaux 4 destinés à l'injection du liquide inhibiteur de corrosion on a également prévu une série de canaux secondaires 4'. Ces canaux traversent également la gaine à l'intérieur de laquelle sont disposées les armatures.
Les canaux 4' permettent de contrôler le cheminement de la solution inhibitrice le long des armatures 2, respectivement à l'intérieur de la gaine 3.
Grâce à cette disposition il est possible de contrôler continuellement le bon fonctionnement du procédé en observant le cheminement de la solution inhibitrice à l'intérieur du béton.
Le procédé permet donc d'évaluer la porosité de la masse 13 du mortier d'injection existant. Dans le cas où on peut conclure que ledit coulis est soit inexistant, soit très poreux, on peut, après injection de la solution inhibitrice, injecter par les conduits (4), et cela par des moyens classiques ou par le procédé qui vient d'être décrit, un micro-mortier à base de ciment.
L'invention n'est évidemment pas limitée à la forme d'exécution décrite ci-dessus et bien des modifications pourraient y être apportées pour autant que celles-ci tombent dans le cadre des revendications ci-jointes.

Claims (7)

  1. Procédé de protection contre les effets de l'oxydation sur des armatures actives (2) noyées dans une masse de béton (1), lesdites armatures pouvant se présenter sous forme d'ensemble de fils ou de torons disposés dans une gaine (3), en mettant en évidence les imperfections du coulis d'injection et comprenant dans un premier temps, le forage dans la masse de béton d'un canal (4) débouchant face à l'armature qui doit être protégée, ensuite l'injection dans ledit canal d'une solution inhibitrice de corrosion, à laquelle est appliquée une onde pulsatoire de haute puissance destinée à la faire pénétrer, caractérisé en ce que ladite onde pulsatoire de haute puissance est produite par une pompe pulsatoire alternative de fréquence suffisamment élevée (5) pour provoquer un effet pulsé dans ladite solution en créant des ultrasons, tout en plaçant ladite solution sous pression .
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, on fore le canal (4) précité au travers de la gaine (3) entourant l'armature active de telle sorte que la solution inhibitrice de corrosion puisse entrer en contact avec ladite armature active (2).
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fore au moins un second canal (4') débouchant face à l'armature à protéger, au travers de la gaine, afin de contrôler le cheminement de la solution inhibitrice le long de ladite armature respectivement à l'intérieur de la gaine précitée.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le coulis d'injection est injecté pour combler les imperfections dans la gaine entourant l'armature active, lorsque l'injection de solution inhibitrice de corrosion est achevée.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pompe pulsatoire alternative (5) est un émetteur ultrasonore de haute puissance.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on introduit dans chacun des canaux précités destinés à l'injection de la solution inhibitrice un tube (6) solidarisé intimement soit de la paroi du canal, soit de la gaine précitée.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que l'application de l'onde pulsatoire de haute puissance à la solution inhibitrice de corrosion pénètre dans des microfissures et interstices présents dans la masse de béton.
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