FR2770839A1 - Repairing reinforced concrete with mortar containing sacrificial anode metal filler - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de régénération et de réalcalinisation des bétons hydrauliques armés dégradés par polarisation des armatures.Method of regeneration and realcalinization of degraded reinforced hydraulic concrete by polarization of the reinforcements.
La présente invention décrit l'emploi et le choix de métaux sacrificiels et de fibres conductrices en constituants de mortier de réparation des bétons.The present invention describes the use and the choice of sacrificial metals and conductive fibers in concrete repair mortar constituents.
Par suite de vieillissement plus ou moins prématuré les bétons voient leur pH initial élevé se rabaisser au fil du temps cette réaction dite de carbonatation, est le résultat de l'action du gaz carbonique atmosphérique qui se fixe en présence d'humidité sur la chaux libérée en fin d'hydratation du ciment.As a result of more or less premature aging, concretes see their high initial pH decrease over time. This so-called carbonation reaction is the result of the action of atmospheric carbon dioxide which is fixed in the presence of moisture on the liberated lime. at the end of hydration of the cement.
Cette réaction qui diminue le pH alcalin du béton, conduit à dépassiver les armatures du béton armé, ces armatures sont constituées de fer plus ou moins pur, ce qui conduit naturellement à la création de dipôles qui polarisent l'armature.This reaction, which lowers the alkaline pH of the concrete, leads to the reinforcement of the reinforced concrete reinforcements, these reinforcements consist of more or less pure iron, which naturally leads to the creation of dipoles which polarize the reinforcement.
Cela accélère la corrosion et la formation de rouille expansive qui fait éclater les bétons.This accelerates corrosion and the formation of expansive rust which causes concrete to burst.
Localement cet effet de corrosion conduit à des valeurs de polarisation qui peuvent atteindre plusieurs centaines de millivolts et l'on peut parfois trouver des pH qui descendent jusqu'à 2 notamment lorsque l'environnement des armatures contient des chlorures.Locally this corrosion effect leads to polarization values which can reach several hundreds of millivolts and it is sometimes possible to find pH which goes down to 2 in particular when the environment of the reinforcements contains chlorides.
Actuellement différentes techniques de traitement existent.Currently, various treatment techniques exist.
La plus simple et la plus coûteuse conduit à détruire la partie altérée du béton et ce jusqu'aux armatures puis à reconstituer ce béton à l'aide de formulation de béton projeté adapté à l'épaisseur à reconstituer.The simplest and most costly method leads to destroying the weathered part of the concrete up to the reinforcements and then reconstituting this concrete using sprayed concrete formulation adapted to the thickness to be reconstituted.
Une autre méthode consiste à extraire les chlorures par electrolyse puis à réalcaliniser les armatures par application d'un courant continu en milieu fortement alcalin.Another method consists in extracting the chlorides by electrolysis then in realcalinizing the reinforcements by application of a direct current in strongly alkaline medium.
Cette méthode non destructive est fort coûteuse en énergie et est longue en durée d'application, de plus les bétons susceptibles de faire des réactions expansives de type alcali granulats sont impossibles à traiter.This non-destructive method is very costly in energy and is long in application time, moreover the concretes liable to cause expansive reactions of the alkali aggregate type are impossible to treat.
Plus récemment un procédé de réalcalinisation et de décontamination de béton agissait après réparation de l'ouvrage par polarisation spontanée temporaire de deux électrodes de nature différente, une étant constituée par l'armature en fer du béton, l'autre par un métal d'apport extérieur lié electriquement, généralement un alliage d'aluminium noyé dans une pâte d'électrolyte alcalin, là aussi la durée d' intervention est pénalisante pour les réparations d'ouvrages sensibles (usines, ponts d'autoroutes, travaux à la mer,etc...). More recently, a process of realcalinization and decontamination of concrete acted after repair of the structure by temporary spontaneous polarization of two electrodes of different nature, one being constituted by the iron frame of the concrete, the other by a filler metal. electrically bonded exterior, generally an aluminum alloy embedded in an alkaline electrolyte paste, here too the intervention time is penalizing for repairs to sensitive works (factories, motorway bridges, work at sea, etc. ..).
La présente invention supprime les inconvénients précités, à savoir -durée du traitement de plusieurs semaines.The present invention eliminates the aforementioned drawbacks, namely the duration of treatment for several weeks.
-manipulation de produits fortement corrosifs et polluants tels que la soude ou autre électrolyte alcalin, -création de déchets industriels lourds à gérer (pâte électrolytique fortement alcaline et polluante, électrodes partiellement dissoutes).-handling of highly corrosive and polluting products such as sodium hydroxide or other alkaline electrolyte, -creation of heavy industrial waste to manage (highly alkaline and polluting electrolytic paste, partially dissolved electrodes).
Elle a l'avantage d'être -rapide d' exécution, -non génératrice de déchets polluants, -consommatrice de déchets industriels métalliques (grenaille d'aluminium de fonderie par exemple).It has the advantage of being - quick to execute, - not generating polluting waste, - consuming industrial metal waste (aluminum shot from foundry for example).
-durable et régulée dans la protection apportée dans le temps,
Ce procédé de mortier défini ci-après est composé d'un mortier de réparation à base de liant hydraulique chargé de granulats métalliques convenablements choisis se comportant dans la pâte conductrice comme autant d'électrodes (anodes) sacrificielles liées électriquement au métal de l'armature du béton par des fibres ou charges conductrices non réactives,améliorant la conductivité du mortier.-sustainable and regulated in the protection provided over time,
This mortar process defined below is composed of a repair mortar based on hydraulic binder loaded with suitably chosen metallic aggregates behaving in the conductive paste like so many sacrificial electrodes (anodes) electrically linked to the metal of the reinforcement. concrete with non-reactive conductive fibers or fillers, improving the conductivity of the mortar.
Le béton dégradé est alors à la fois réparé et protégé durablement par l'installation d'un potentiel, empêchant la corrosion de s'attaquer aux armatures, suivant le choix des métaux on obtiendra un potentiel allant de 300à 1500mV
L'électrolyte est composé de la partie alcaline du mortier qui est de même nature que le béton ou de sels similaire en pouvoir actif alcalin dans le cas d'un liant organique(résine).Cette partie alcaline est principalement composée de la chaux libérée en fin d'hydratation du ciment pour les mortiers hydrauliques ou d'un composé alcalin du type soude ajouté au liant organique.The degraded concrete is then both repaired and protected durably by installing a potential, preventing corrosion from attacking the reinforcements, depending on the choice of metals, a potential ranging from 300 to 1500mV will be obtained.
The electrolyte is composed of the alkaline part of the mortar which is of the same nature as concrete or similar salts in alkaline active power in the case of an organic binder (resin). This alkaline part is mainly composed of lime released in end of hydration of the cement for hydraulic mortars or of an alkaline compound of the soda type added to the organic binder.
Le ciment du mortier sera dosé à des valeurs compatibles à l'obtention d'un mortier de réparation, il ne sera pas principalement constitué de liant alumineux ni de ciment de type PMES car les taux de chaux libre sont alors trop faibles pour engendrer la réaction cathodique, si mal grès tout pour des caractéristiques mécaniques ou phisico-chimiques particulières on est amené à choisir ce type de liant alors on pourra alors être amené à les corriger par ajout d' éléments actifs alcalins.The mortar cement will be dosed at values compatible with obtaining a repair mortar, it will not mainly consist of aluminous binder or PMES type cement because the free lime levels are then too low to cause the reaction. cathodic, if badly sandstone all for particular mechanical or physico-chemical characteristics one is brought to choose this type of binder then one could then be brought to correct them by addition of alkaline active elements.
Les éléments granulaires métalliques seront choisit en fonction de leur électropositivité, on pourra choisir des alliages ou des mélanges de particules à base d'aluminium, de zinc, de magnésium ou autre alliage qui sont générateurs d'un potentiel permettant de déclencher une réaction chimique de polarisation spontanée protégeant les armatures en fer du béton, cette réaction provoque alors par déplacements d'électrons une électrolyse de l'eau interstitielle du béton et créée des fonctions hydroxydes (OH-) au voisinage de l'armature en fer qui subit alors une réduction chimique.Les particules du métal sacrificiel subissent elles un réaction d'oxydation ( Métal - > Métal 0x ) qui conduit petit à petit à la stabilisation du système en un milieu à nouveau protecteur pour les armatures par son pH élevé, la rouille foisonnante est alors réduite en oxyde noir (magnétite) non foisonnant.The metallic granular elements will be chosen according to their electropositivity, it will be possible to choose alloys or mixtures of particles based on aluminum, zinc, magnesium or other alloy which generate a potential allowing to trigger a chemical reaction of spontaneous polarization protecting the iron reinforcements of the concrete, this reaction then causes by displacements of electrons an electrolysis of the pore water of the concrete and creates hydroxide functions (OH-) in the vicinity of the iron reinforcement which then undergoes a reduction The particles of the sacrificial metal undergo an oxidation reaction (Metal -> Metal 0x) which gradually leads to the stabilization of the system in a medium again protective for the reinforcements by its high pH, the abundant rust is then reduced to non-abundant black oxide (magnetite).
Le mortier est doté d'une courbe granulométrique classique qui permet une application et une maniabilité compatible avec le travail à accomplir.The mortar has a classic grain size curve which allows application and maneuverability compatible with the work to be done.
Les élément granulaires tels que l'aluminium sont généralement utilisés pour déclencher des gonflements gazeux dans les pâtes de ciment comme agents de compensation de retrait, cette forte réactivité de ces métaux avec les alcalins du ciment et autres alcalins tels que la soude est justement mise à profit pour générer ce flux de courant qui polarise l'armature, cette forte réactivité qui peut être une gène si le mortier fait prise trop lentement, n'est pas gênante si la formulation est une formulation dite rapide (qui prend plus vite que le métal ne réagit et qui empêche un gonflement gazeux nuisible à la cohésion interne du mortier).Granular elements such as aluminum are generally used to trigger gas swellings in cement pastes as shrinkage compensation agents, this high reactivity of these metals with alkalis in cement and other alkalines such as soda profit to generate this current flow which polarizes the reinforcement, this strong reactivity which can be a gene if the mortar sets too slowly, is not a problem if the formulation is a so-called rapid formulation (which takes faster than metal does not react and which prevents gas swelling harmful to the internal cohesion of the mortar).
Les granulats métalliques peuvent aussi dans cette optique être encapsulés dans des agents inertants, tels que des liquides hydrofuges détruits par 1' alcalinité de la pâte, le mortier peut alors être à prise normale.The metal aggregates can also for this purpose be encapsulated in inerting agents, such as water-repellent liquids destroyed by the alkalinity of the paste, the mortar can then be normal setting.
La réaction de polarisation de l'armature n'est pas limitée au point de contact du mortier et d'une armature du béton, elle se propage dans toutes les barres qui sont en continuité électrique, traitant ainsi les problèmes de corrosion d'armatures là où ils sont existant mais ne sont pas visibles.The polarization reaction of the reinforcement is not limited to the point of contact of the mortar and a concrete reinforcement, it propagates in all the bars which are in electrical continuity, thus treating the problems of corrosion of reinforcements there. where they exist but are not visible.
La réalcalinisation des armatures se développe en auréoles autour des armatures, et un front alcalin se propage par diffusion dans le béton subjectile.The rebalancing of the reinforcements develops in halos around the reinforcements, and an alkaline front is propagated by diffusion in the concrete substrate.
Le mortier peut contenir un agent tensio-actif du type phosphate par exemple qui améliore la diffusion du front alcalin.The mortar can contain a surfactant of the phosphate type, for example, which improves the diffusion of the alkaline front.
Le mortier peut donc être formulé pour tout matériau poreux contenant des pièces métalliques soumises à la corrosion.Les pierres calcaires appareillées avec des renforts en angles constitués de plaques de fer
engravées comme des clavettes dans les constructions anciennes en sont un exemple. The mortar can therefore be formulated for any porous material containing metal parts subject to corrosion. Limestone stones fitted with angle reinforcements made of iron plates
engraved like keys in old buildings are an example.
Une formule type de mortier actif à base de liant hydraulique pourra contenir: -Ciment rapide (type ciment prompt de Vicat (38) ou type CPA Lafarge (07) + ciment fondu Lafarge) ou ciment normal type CPA Lafarge de 25 à 60% -Sable type 0/2mm ou O/4mmde 60 à 30% -Métal sacrificiel de 1 à 30% type aluminium de RVA(5 1) (encapsulé dans un hydrofuge si le ciment est à prise normale) -Fibres conductrices non reactives type fibre carbone de Brochier(01) -Latex d'imprégnation type SB112 de Rhône Poulenc (69)
Application du système
L'auscultation préalable est de même niveau que pour une réparation traditionnelle d'éclats de béton, c'est à dire relativement légère, les zones sont décapée, soit avec des moyens mécaniques traditionnels, tels que burin, et autres marteaux piqueurs, ou à l'aide de méthodes plus modernes comme les hydrodémolisseurs.A standard formula of active mortar based on hydraulic binder may contain: -Quick cement (type quick Vicat cement (38) or CPA Lafarge type (07) + Lafarge molten cement) or normal cement CPA Lafarge type from 25 to 60% - Sand type 0 / 2mm or O / 4mm from 60 to 30% - Sacrificial metal from 1 to 30% aluminum type of RVA (5 1) (encapsulated in a water repellent if the cement is normal setting) - Non-reactive conductive fibers like carbon fiber Brochier (01) -Latex impregnation type SB112 by Rhône Poulenc (69)
Application of the system
The preliminary auscultation is at the same level as for a traditional repair of concrete chips, that is to say relatively light, the zones are stripped, either with traditional mechanical means, such as chisel, and other jackhammers, or with using more modern methods like water demolishers.
Les aciers apparents sont sablés, puis recouvert d'un primaire à base d'une barbotine de mortier dilué dans une résine d'accrochage en phase aqueuse du type latex, acrylique ou similaire.The exposed steels are sandblasted, then covered with a primer based on a mortar slip diluted in an aqueous phase bonding resin of the latex, acrylic or similar type.
Les fissures sont reconnues et traitées par injection.Cracks are recognized and treated by injection.
Si le béton est contaminé par les Chlorures on peut appliquer sur la surface de l'ouvrage un traitement d' inertage chimique de chlorures du type liquide minéralisant à base de silicates alcalins (solution riche en fonctions hydroxydes qui conduit à neutraliser l'action des chlorures par excès de fonction OH-), le support est alors rincé puis les éclats sont réparés avec le mortier.If the concrete is contaminated with Chlorides, it is possible to apply to the surface of the structure a chemical inerting treatment of chlorides of the mineralizing liquid type based on alkali silicates (solution rich in hydroxide functions which leads to neutralize the action of chlorides by excess of OH- function), the support is then rinsed then the fragments are repaired with the mortar.
Un enduit général peut être réalisé avec le mortier qui constituera une réserve d'électrode sacrificielle suffisante pour amener une grande durabilité à ce système de protection.A general coating can be carried out with the mortar which will constitute a reserve of sacrificial electrode sufficient to bring great durability to this protection system.
Ce système peut alors être recouvert par un revêtement décoratif qui par contre doit absolument être micro-poreux à la vapeur d'eau, en effet la réaction s'entretien grâce à la présence d'humidité dans les capillaires du mortier, ce qui le rend plus actif en période plus humide alors que la corrosion est plus dangereuse pour les armatures et moins actif en période sèche alors que la corrosion est au point mort ou tout du moins fortement ralentie.Le système se régule en fonction des conditions atmosphériques. This system can then be covered by a decorative coating which on the other hand must absolutely be micro-porous with water vapor, in fact the reaction is maintained thanks to the presence of moisture in the capillaries of the mortar, which makes it more active in wetter periods when corrosion is more dangerous for reinforcement and less active in dry periods when corrosion is at a standstill or at least greatly slowed down. The system is regulated according to atmospheric conditions.
Le contrôle de l'efficacité peut se faire à l'aide d'un simple Voltmètre à électrode du type Canin qui permet de mesurer les potentiels de corrosion des ouvrages bétons
Le procédé permet aussi de diminuer le taux de chlorures à l'entour de l'armature en créant un champ électrique de faible puissance mais suffisant pour orienter la migration des ions Chlore vers l'extérieur du massif, la concentration des ions diminue donc fortement au voisinage de l'armature. Efficiency can be checked using a simple Canine-type electrode voltmeter, which measures the corrosion potential of concrete structures
The process also makes it possible to reduce the rate of chlorides around the reinforcement by creating an electric field of weak power but sufficient to direct the migration of the Chlorine ions towards the outside of the solid mass, the concentration of the ions thus decreases strongly with neighborhood of the frame.
Claims (1)
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| FR9714262A FR2770839B1 (en) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | ANTI CORROSION ACTIVE MORTAR MAAC PROCESS REGENERATION PROCESS OF DEGRADED ARMY CONCRETE |
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| FR2770839B1 FR2770839B1 (en) | 1999-12-24 |
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| FR2770839B1 (en) | 1999-12-24 |
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