Advertisement

Chloride attack of reinforced concrete: an overview

  • Adam Neville
Article

Abstract

The mechanism of chloride-induced corrosion of steel embedded in concrete, the ingress of chlorides into the concrete, and the threshold chloride content for corrosion to occur are discussed. The binding of chloride ions by cement compounds and the associated effect of using different cements, both Portland and blended, as well as other factors influencing corrosion, are considered. Tests for the penetrability of concrete to chlorides are described. Finally, the prevention of corrosion is discussed.

Keywords

Pore Water Silica Fume Ground Granulate Blastfurnace Slag American Concrete Institute Hardened Cement 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Resume

Cet article discute des divers facteurs qui sont responsables de nombreux cas de détérioration des structures en béton armé. L'acier dans le béton est protégé par une pellicule autogène d'oxyde de fer qui adhère à l'acier. Cette pellicule est détruite par les ions chlorure. Cependant, les ions chlorure sont régénérés d'une manière telle que la réaction d'oxydation de l'acier continue à l'anode à condition que de l'oxygène et de l'eau soient présents à la cathode. Les produits de cette réaction font éclater le béton et causent typiquement des fissures le long des armatures. La teneur en chlorure du béton est rigoureusement limitée par les codes nationaux; cependant, la quantité d'ions chlorure est tantôt exprimée en terme d'ions solubles dans l'eau, tantôt en terme d'ions solubles dans l'acide. En pratique, les ions proviennent de l'extérieur du béton: de l'eau de mer, des embruns, si bien que des particules de sel sont déposées sur le béton et mouillées par la rosée. Des bétons situés jusqu'à 2 km au-delà des côtes peuvent être affectés.

Les ions chlorure pénètrent le béton par diffusion ionique dans l'eau et par absorption. Les cycles de séchage et de mouillage augmentent leur pénétration: elle est plus profonde quand le séchage dure longtemps et qu'il est suivi par une humidification rapide par l'eau de mer. C'est le cas de certaines surfaces horizontales mouillées de temps en temps. Il n'y a pas, à proprement parler, de seuil de nocivité des ions chlorure dans le béton parce que les ions chlorure peuvent être fixés par le C3A mais une certaine quantité d'ions reste toujours dans l'eau des pores dans la pâte de ciment. La carbonatation de la pâte libère les ions fixés et augmente ainsi le progrès de la corrosion. L'humidité optimale pour développer la corrosion des aciers est supérieure à celle qui est nécessaire pour développer la carbonatation de la pâte de ciment. Ainsi, les deux phénomènes ne peuvent coexister.

Les matériaux cimentaires tels que les cendres volantes, les laitiers de hauts fourneaux et la fumée de silice réduisent tous la pénétrabilité du béton par les ions chlorure. Un mûrissement humide pendant une période assez longue réduit les risques de corrosion, mais une hausse de la température les augmente. L'épaisseur de recouvrement des armatures doit être adéquate, mais pas excessive, afin d'éviter qu'une couche de béton ne se retrouve privée d'armature.

L'article traite des essais de pénétration d'ions chlorure dans le béton et des possibilitiés de désalinisation du béton. Pour limiter la corrosion des armatures, on peut utiliser des inhibiteurs de corrosion, des barres d'armature recouvertes d'époxy; cependant, c'est la prise en compte du problème de corrosion qui permet de construire des structures qui résistent à la corrosion.

References

  1. 1.
    Verbeck, G. J., ‘Mechanisms of corrosion in concrete’, in ‘Corrosion of Metals in Concrete’, SP-49 (American Concrete Institute, 1975), pp. 21–38.Google Scholar
  2. 2.
    Al-Tayyib, A. J.et al., ‘Corrosion behavior of pre-rusted rebars after placement in concrete’,Cement Concr. Res. 20 (1990) 955–960.CrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    Pfeifer, D. W., Perenchio, W. F. and Hime, W. F., ‘A critique of the ACI 318 chloride limits’,PCI J. 37 (1992) 68–71.Google Scholar
  4. 4.
    Nireki, T. and Kabeya, H., ‘Monitoring and analysis of seawater salt content’, in Fourth International Conference on Durability of Building Materials and Structures, Singapore 4–6 November 1987, pp. 531–536.Google Scholar
  5. 5.
    Lammke, A., ‘Chloride-absorption from concrete surfaces’, in ‘Evaluation and Repair of Fire Damage to Concrete’, SP-92 (American Concrete Institute, Detroit, MI, 1986) pp. 197–209.Google Scholar
  6. 6.
    Nagataki, S.,et al., ‘Condensation of chloride ion in hardened cement matrix materials and on embedded steel bars’,ACI Mater. J. 90 (1993) 323–332.Google Scholar
  7. 7.
    Lambert, P., Page, C. L., and Vassie, P. R. W., ‘Investigations of reinforcement corrosion. 2. Electrochemical monitoring of steel in chloride-contaminated concrete’,Mater. Struct. 24 (1991) 351–358.Google Scholar
  8. 8.
    Bakker, R. F. M., ‘Initiation period’, in ‘Corrosion of Steel in Concrete’, edited by P. Schiessl RILEM Report of Technical Committee 60-CSC (Chapman & Hall, London, 1988) pp. 22–55.Google Scholar
  9. 9.
    Hoff, G. C., ‘Durability of offshore and marine concrete structures’, in ‘Durability of Concrete’, SP-126 (American Concrete Institute, Detroit, MI, 1991) pp. 33–53.Google Scholar
  10. 10.
    Harrison, W. H., ‘Effect of chloride in mix ingredients on sulphate resistance of concrete’,Mag. Concr. Res. 42 (1990) 113–126.CrossRefGoogle Scholar
  11. 11.
    Mather, B., ‘Calcium chloride in Type V-cement concrete’, in ‘Durability of Concrete’, SP-131 (American Concrete Institute, Detroit, MI, 1992) pp. 169–176.Google Scholar
  12. 12.
    Ho, D. W. S. and Lewis, R. K., ‘The specification of concrete for reinforcement protection—performance criteria and compliance by strength’,Cement Concr. Res. 18 (1988) 584–594.CrossRefGoogle Scholar
  13. 13.
    Glass, G. K., Page, C. L. and Short, N. R., ‘Factors affecting the corrosion rate of steel in carbonated mortars’,Corrosion Sci. 32 (1991) 1283–1294.CrossRefGoogle Scholar
  14. 14.
    Tritthart, J. ‘Chloride binding in cement. II. The influence of the hydroxide concentration in the pore solution of hardened cement paste on chloride binding’,Cement Concr. Res. 19 (1989) 683–691.CrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    Al-Hussaini, M.-J.,et al., ‘The effect of chloride ion source on the free chloride ion percentages of OPC mortars’,Cement Concr. Res. 20 (1990) 739–745.CrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    Tang, L. and Nilsson, L.-O., ‘Chloride binding capacity and binding isotherms of OPC pastes and mortas’,Cement Concr. Res. 23 (1993) 247–253.CrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    Schiessl, P. and Raupach, N., ‘Influence of blending agents on the rate of corrosion of steel in concrete’, in ‘Durability of Concrete: Aspects of Admixtures and Industrial By-products, 2nd International Seminar’, Swedish Council for Building Research, June, 1989, pp. 205–214.Google Scholar
  18. 18.
    Ellis, W. E. Jr., Rigg, E. H. and Butler, W. B., ‘Comparative results of utilization of fly ash, silica fume and GGBFS in reducing the chloride permeability of concrete’, in ‘Durability of Concrete’, SP-126 (American Concrete Institute, Detroit, MI, 1991) pp. 443–458.Google Scholar
  19. 19.
    Al-Amoudi, O. S. B.et al., ‘Prediction of long-term corrosion resistance of plain and blended cement concretes’,ACI Mater. J. 90 (1993) 564–571.Google Scholar
  20. 20.
    Stuvo, ‘Concrete in Hot Countries’, Report (STUVO, Dutch member group of FIP, The Netherlands, 1986).Google Scholar
  21. 21.
    Cochet, G. and Jésus, B., ‘Diffusion of chloride ions in Portland cement-filler mortars’, in ‘International Conference on Blended Cements in Construction’, edited by R. N. Swamy (Elsevier Applied Science, Barking, 1991) 365–376.Google Scholar
  22. 22.
    Goñi, S., Andrade, C., and Page, C. L., ‘Corrosion behaviour of steel in high alumina cement mortar samples: effect of chloride’,Cement Concr. Res. 21 (1991) 635–646.CrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    Rasheeduzzafar, Al-Gahtani, A. S., and Al-Saadoun, S. S., ‘Influence of construction practices on concrete durability’,ACI Mater. J. 86 (1989) 566–575.Google Scholar
  24. 24.
    Hussain, S. E. and Rasheeduzzafar, ‘Effect of temperature on pore solution composition in plain concrete’,Cement Concr. Res. 23 (1993) 1357–1368.CrossRefGoogle Scholar
  25. 25.
    Virmani, Y. P., ‘Cost effective rigid concrete construction and rehabilitation in adverse environments’, ‘Annual Progress Report, Year Ending Sept. 30, 1982’ (US Federal Highway Administration, 1982).Google Scholar
  26. 26.
    Neville, A. M., ‘Properties of Concrete’, 3rd Edn (Longman, London, 1981).Google Scholar
  27. 27.
    Detwiler, R. J., Kjellsen, K. O., and Gjørv, O. E., ‘Resistance to chloride intrusion of concrete cured at different temperatures’,ACI Mater. J. 88 (1991) 19–24.Google Scholar
  28. 28.
    ‘SHRP-C-365, Very high performance concretes’, in ‘Mechanical Behavior of High Performance Concretes’, Volume 5 (Strategic Highway Research Program, National Research Council, Washington, DC, 1993).Google Scholar
  29. 29.
    Samaha, H. R. and Hover, K. C. ‘Influence of microcracking on the mass transport properties of concrete’,ACI Mater. J. 89 (1992) 416–424.Google Scholar
  30. 30.
    Alonso, C. and Andrade, C., ‘Effect of nitrite as a corrosion inhibitor in contaminated and chloride-free carbonated mortars’,ACI Mater. J. 87 (1990) 130–137.Google Scholar
  31. 31.
    Berke, N. S., ‘Corrosion inhibitors in concrete’,Concr. Int. 13 (1991) 24–27.Google Scholar
  32. 32.
    Nmai, C. K., Farrington, S. A. and Bobrowski, S., ‘Organic-based corrosion-inhibiting admixture for reinforced concrete’,Concr. Int. 14 (1992) 45–51.Google Scholar
  33. 33.
    ‘SHRP-S-347, Chloride Removal Implementation Guide’ (Strategic Highway Research Program, National Research Council, Washington DC, 1993).Google Scholar
  34. 34.
    Tritthart, J., Pettersson, K. and Sorensen, B., ‘Electrochemical removal of chloride from hardened cement paste’,Cement Concr. Res. 23 (1993) 1095–1104.CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© RILEM 1995

Authors and Affiliations

  • Adam Neville
    • 1
  1. 1.A&M Neville Engineering Ltd.LondonUK

Personalised recommendations