Numerical simulation of potential distribution due to the corrosion of reinforcement in concrete structures: Fid-Bau Portal

Numerical simulation of potential distribution due to the corrosion of reinforcement in concrete structures

Ouglova, A. / Raharinaivo, A. / Berthaud, Y. / Petre-Lazar, I. / Boukhenfouf, H.

Abstract Corrosion of the reinforcement is one of the causes of reducing service-life of concrete structures. The methodologies used for making a decision on the repair or the replacement of damaged elements require in situ measurements for locating corroding areas. This paper is focussed on the results of the application of half-cell potential mapping for locating corroding areas on reinforced concrete pipeline and on six concrete columns. For reinforced concrete pipelines the validity of the half-cell potential measurements was confirmed by using finite-element calculations based on the distribution of the electrical field in soil. For the reinforced concrete columns, it was observed that the value of the half-cell potential can be inaccurate for locating corroding zones, when steel-concrete interface is cracked or when concrete cover is delaminated due to the expansion of corrosion products. This means that highly corroding areas are not always detected by this method. The occurrence of cracking and delamination in reinforced concrete structures was also studied by using a finite-element approach. It is shown that the absolute values of potential of steel in concrete depend on the delamination of concrete cover. So, the value of half cell potential should not be used as an indicator of corrosion. On the contrary, the potential gradient is a good indicator for locating corroding reinforcement in crack-free concrete surface. Some additional finite-element calculations were carried out to study the influence of concrete conductivity, cover thickness and delamination size on the size of concrete surface influenced by corrosion. So, this size increases with concrete cover thickness.

Résumé La corrosion des armatures est une des causes principales de la réduction de la marge de sécurité des structures en béton armé. La réparation (ou la destruction) des structures corrodées nécessite au préalable l’inspection de l’ouvrage, la localisation des zones corrodées et, si possible, l’estimation de l’importance de la corrosion. Les mesures du potentiel électrochimique ont été utilisées dans cette étude comme moyen de localiser les zones corrodées dans une canalisation enterrée et pour six poteaux en béton armé. Dans le cas de la canalisation enterrée, l’efficacité des mesures en surface du potentiel d’électrode est confirmée, grâce à une approche numérique simplifiée. En ce qui concerne les six poteaux en béton armé, le potentiel électrochimique mesuré à la surface du béton peut être entaché d’erreurs dans le cas d’une fissuration du béton ou de l’apparition d’épaufrures suite à l’expansion volumique des oxydes formés à l’interface acier-béton. En conséquence, des zones fortement corrodées ne sont pas toujours détectées par cette méthode. L’influence de la présence de fissures et d’épaufrures dans les structures en béton armé sur la répartition du potentiel a été étudiée par l’utilisation de la méthode aux éléments finis. Ces calculs confirment que la valeur absolue du potentiel électrique dépend de la fissuration à l’interface acier-béton. Des calculs supplémentaires ont été faits pour étudier l’influence de la conductivité du béton, des dimensions de la fissure à l’interface acier-béton, de la présence d’oxydes à l’interface acier-béton et de l’épaisseur de l’enrobage sur les dimensions de la zone affectée par la corrosion. Les simulations numériques mettent en évidence que la taile de cette zone augmente proportionnellement avec l’élargissement de la partie corrodée de l’armature.