Influence of top bar effect on corrosion behavior of reinforced concrete structure in case of chloride environment or concrete carbonation. - INSA Toulouse - Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse
Theses Year : 2024

Influence of top bar effect on corrosion behavior of reinforced concrete structure in case of chloride environment or concrete carbonation.

Influence de l'effet de l'interface acier/béton (top-bar effect) sur la corrosion de structures en béton armé exposées en environnement de chlorures ou de carbonatation.

Abstract

Reinforced concrete is known one of the most popular materials applied in construction. Nevertheless after a period of time it can be corroded. Chloride and carbonation are the main factors causing to corrosion in reinforced concrete structure. The thesis aimed to study the corrosion behavior of reinforcement concrete under carbonation or chloride environment, corresponding to the influence of top-bar effect, the cement type as well as artificial transverse crack or load-induced cracks.In general carbonation induced corrosion is usually researched from the point of view that it generates uniform corrosion. The first objective of the thesis is to confirm the opinion of macro cell or non-uniform corrosion in carbonated induced corrosion. According to the results of experiments in this part, corrosion rate in carbonated concrete reinforcement is likely to consider from the point of view of both uniform and macro cell corrosion, which is highly influenced by the ratio cathode/anode. In addition the application of CEM III using slag as addictive exhibited reduction of non-uniform corrosion effectively.The second part focuses on the influence of top-bar effect on corrosion behavior in the case carbonation induced corrosion and presence of load induced crack. Macro cell corrosion current monitoring was utilized in the experiment following the loss of mass as well as corrosion kinetic was calculated. Corrosions mainly developed at the position of the pre-cracks. Due to the top-bar effect upper bars were more corroded than bottom bars. Current corrosion value of top bars was observed higher than bottom bars. Loss of steel mass calculated from macro cell current measurement corresponds to only to a small part of the total loss of mass determined by gravimetric measurement. Uniform corrosion appears to be the main phenomena.The last part investigates the effect of top-bar effect in fibers concrete samples with or without artificial crack on chloride induced corrosion. The top steel bars are more corroded than the bottom bars and the upper part of the top bar is recorded higher corrosion than the lower part. In presence of artificial crack the top casting effect results that corrosions spread along the surface of the steel bars. Corrosion also spread along the top bar when there is no artificial crack, in a time not so different from the case of artificial crack. It confirms that top surface exposure and top bar effect are highly prejudicial for corrosion. By comparing the behavior with concrete without fibers, it appears that the addition of fibers in reinforced concrete leads to an increase of resistance to corrosion induced cracking.For each part, experimental observations are coupled with numerical simulations to compare as well as demonstrate the experimental results.
Le béton armé est connu l’un des matériaux les plus utilisés dans la construction. Néanmoins, après une période de mise en exploitation, il peut se corroder. Les chlorures et la carbonatation sont les principaux facteurs provoquant la corrosion des structures en béton armé. La thèse a pour objectif d’étudier le comportement à la corrosion du béton armé sous l’environnement de carbonatation ou des chlorures, correspondant à l'influence de l’effet de la qualité de l’interface acier/mortier (top-bar effet), du type de ciment ainsi que de la fissure transversale artificielle ou des fissures transversales induites par la charge mécanique.En général, la corrosion induite par la carbonatation est étudiée du point de vue de la corrosion uniforme. Le premier objectif de la thèse est de confirmer l’opinion de la corrosion par macro-cellule ou non uniforme dans la corrosion induite par la carbonatation. Selon les résultats expérimentaux, le taux de corrosion dans les armatures de béton carbonaté est susceptible d'être considéré du point de vue de la corrosion uniforme et macro-cellule, qui est fortement influencée par le rapport cathode/anode. De plus, l'application de CEM III utilisant des laitiers comme addition minérale a montré une réduction efficace de la corrosion non uniforme.La deuxième partie se concentre sur l'influence de l’effet de la qualité de l’interface acier/mortier (top-bar effet) sur le comportement de la corrosion dans le cas d'une corrosion induite par la carbonatation et de la présence d'une fissure induite par la charge mécanique. Le suivi du courant de corrosion par macro-cellule a été utilisée dans les essais expérimentaux. Puis la perte de masse ainsi que la cinétique de corrosion ont été calculée. La corrosion s'est développée principalement au niveau du pré-fissures. En raison de l’effet de la qualité de l’interface acier/mortier, les barres supérieures étaient plus corrodées que les barres inférieures. La valeur du courant de la corrosion mesurée sur les barres supérieures a été observée plus élevée que sur les barres inférieures. La perte de masse de l'acier calculée à partir de la mesure du suivi de courant ne correspond qu'à une petite partie de la perte de masse totale déterminée par la mesure gravimétrique. La corrosion uniforme semble être le phénomène principal.La dernière partie étudie l’effet de la qualité de l’interface acier/mortier (top-bar effet) dans des échantillons de béton fibré avec ou sans fissure artificielle sur la corrosion induite par les chlorures. Les barres supérieures sont plus corrodées que les barres inférieures et la partie supérieure de la barre supérieure présente une corrosion plus élevée que la partie inférieure. En présence de fissures artificielles, le ‘’top-bar effet’’ entraîne la propagation de la corrosion le long de la surface des barres d'acier. La corrosion se développe également le long de la barre supérieure lorsqu'il n'y a pas de fissure artificielle, dans un temps pas si différent du cas d'une fissure artificielle. Cela confirme que l'exposition de la surface supérieure et l’effet de la qualité de l’interface acier/mortier sont très préjudiciables à la corrosion. En comparant le comportement avec un béton sans fibres, il apparaît que l'ajout de fibres dans le béton armé entraîne une augmentation de la résistance à la fissuration induite par la corrosion.Dans chaque partie, les observations expérimentales sont couplées à des simulations numériques pour comparer et démontrer les résultats expérimentaux.
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  • HAL Id : tel-04758953 , version 1

Cite

Thi Thu Trang Nguyen. Influence of top bar effect on corrosion behavior of reinforced concrete structure in case of chloride environment or concrete carbonation.. Civil Engineering. Université de Toulouse; Ecole Nationale Supérieure de Génie Civil, 2024. English. ⟨NNT : 2024TLSEI009⟩. ⟨tel-04758953⟩
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