Effet de la composition chimique de la solution interstitielle de bétons jeunes sur la passivation d’un acier doux

Effect of the chemical composition of fresh concrete pore solutions on the passivation of mild steel

¹ CNRS, UMR 8235, Laboratoire Interfaces et Systèmes Electrochimiques, France
chakri.sara@gmail.com
² Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, UMR 8235, LISE, 75005 Paris, France
³ CNRS-Chimie ParisTech, UMR 8247, Institut de Recherche de Chimie Paris, Équipe Physico-Chimie des Surfaces, 75005 Paris, France

Reçu : 16 Janvier 2015
Accepté : 9 Avril 2015

Résumé

L’alcalinitéde la solution interstitielle contenue dans les pores du béton engendre la formation d’une couche d’oxyde protectrice à la surface des armatures métalliques. L’objectif de ce travail est d’évaluer l’influence de la composition chimique de la solution interstitielle de bétons jeunes sur la qualité du film d’oxyde formé sur un acier doux C15. Pour ce faire, des mesures électrochimiques sont réalisées à pH 13, dans différentes solutions interstitielles synthétiques (CEM I, II et III), ainsi que dans une solution de référence NaOH 0,1 M et sont combinées à des analyses de surface par XPS. Les courbes de polarisation anodiques montrent l’intérêt des mesures stationnaires. Les diagrammes d’impédance électrochimique, tracés au potentiel de corrosion et à potentiels anodiques, mettent en évidence la présence d’une couche passive protectrice sur la surface d’acier, dont l’épaisseur est de l’ordre de 2,5 à 3 nm, en bon accord avec celle estimée par XPS. Le pH n’est pas le seul paramètre déterminant pour prédire le comportement à la corrosion de l’acier. Ainsi, plus la concentration en sulfate en solution est importante, plus la densité de courant passif stationnaire est élevée et moins la solution est passivante. Par ailleurs, la présence de Fe²⁺ à la surface du matériau pourrait en partie expliquer le fort pouvoir passivant de la solution CEM III.

Abstract

The passivity of reinforcing steel in concrete is generally attributed to the formation of a protective oxide layer on the steel surface due to the high alkalinity of the surrounding pore solution. The objective of this work was to study the influence of the chemical composition of fresh concrete pore solutions on the electrochemical behaviour and the surface chemical composition of C15 mild steel, used for reinforcement of building concrete. For that purpose, electrochemical measurements were performed at pH 13 in various simulated concrete pore solutions (CEM I, II and III), as well as in the 0.1 M NaOH reference solution, and were combined to surface analysis by XPS. The anodic polarization curves show the importance of steady-state measurements. The electrochemical impedance diagrams, plotted at the corrosion potential and at anodic potentials, show the presence of a protective passive layer on the steel surface with a thickness of about 2.5–3 nm, in good agreement with XPS results. The pH is not the only determining parameter for predicting the corrosion behaviour of steel in concrete environments. Thus, the steady-state passive current density increases and the oxide layer becomes less protective with increasing sulfate concentration in solution. Furthermore, the strong protective nature of the passive layer in CEM III solution could be correlated to the presence of Fe²⁺ on the steel surface.