Brevet FR2770839A1 — publié le 19990514

Procédé de régénération et de réalcalinisation des bétons hydrauliques armés dégradés par polarisation des armatures. La présente invention décrit l'emploi et le choix de métaux sacrificiels et de fibres conductrices en constituants de mortier de réparation des bétons. 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. 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. Cela accélère la corrosion et la formation de rouille expansive qui fait éclater les bétons. 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. Actuellement différentes techniques de traitement existent. 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. 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. 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. 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...). La présente invention supprime les inconvénients précités, à savoir -durée du traitement de plusieurs semaines. -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). 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). -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. 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. 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. 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. Le mortier est doté d'une courbe granulométrique classique qui permet une application et une maniabilité compatible avec le travail à accomplir. 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). 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. 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. La réalcalinisation des armatures se développe en auréoles autour des armatures, et un front alcalin se propage par diffusion dans le béton subjectile. Le mortier peut contenir un agent tensio-actif du type phosphate par exemple qui améliore la diffusion du front alcalin. 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. 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. 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. Les fissures sont reconnues et traitées par 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. 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. 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. 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. Revendications -Revendication n" I Procédé de régénération et de réalcalinisation des bétons hydrauliques armés dégradés. par polarisation des armatures Ce procédé consistant à appliquer un mortier de réparation qui contient des charges métalliques réactives se comportant commes des anodes sacrificielles. -Revendication n" 2 procédé caractérisé selon la revendication N" 1 en ce que les charges métalliques réactives de ce mortier peuvent être de métaux différents Revendication n" 3 procédé caractérisé selon la revendication N" 1 en ce que ce mortier contient des composants non réactifs conducteurs destinés à améliorer la conductivité du mortier. -Revendication n" 4 procédé caractérisé selon la revendication N" 3 en ce que ces composés non réactifs peuvent être de fibres de carbone. -Revendication n" 5 procédé caractérisé selon la revendication N" 1 en ce que ce mortier contient des charges métalliques sacrificielles encapsulées. -Revendication n" 6 procédé caractérisé selon la revendication N" 1 en ce que ce mortier est à caractère alcalin pour permettre la réaction chimique de polarisation. -Revendication n" 7 procédé caractérisé selon la revendication N" 1 en ce que ce mortier est en continuité électrique des armatures. -Revendication n" 8 procédé caractérisé selon la revendication N" 1 en ce que ce mortier utilise l'humidité ambiante.pour creer la réaction d'oxydo réduction -Revendication n"9 procédé caractérisé selon la revendication N" 1 en ce que ce mortier utilise le liquide intersticiel du béton comme electrolyte.