Durability of steel embedded in structural lightweight concrete

Abstract

Interim results of a long-term investigation on the durability of steel reinforcement embedded in expanded slate structural lightweight concrete are reported. The influence of concrete cover, cement content and of partial replacement of lightweight fines with natural sand was studied. Surface crazing was found to increase with cement content and increasing fine particles. The carbonation depth, and the relative permeability measured by alcohol absorption, were found to decrease with increasing cement content. Inclusion of natural sand in the mix reduced the permeability and the penetration of the carbonation front into the concrete. No instance of damage due to corsosion was found in embedded steel reinforcement after two year's exposure to industrial atmosphere.

Résumé

Les concepteurs d'ouvrages en béton armé ont souvent éprouvé quelques doutes quant à la durabilité des armatures d'acier dans le béton léger structurel. Le problème devient plus préoccupant avec la raréfaction des granulats naturels et l'exigence pressante d'utiliser les granufats de déchets industriels. Les études de corrosion impliquent nécessairement le long terme mais l'on expose ici les résultats intermédiaires obtenus après deux années d'exposition en atmosphère industrielle en vue d'étudier la durabilité des armatures d'acier enrobées de schiste expansé. On a examiné les influences de l'épaisseur d'enrobage du dosage en ciment et du remplacement partiel de granulats fins lègers par du sable naturel.

Il a été constaté que le faïençage de la surface des éprouvettes augmentait avec le dosage en ciment et la quantité de fines: que la perméabilité relative du béton, déterminée par l'essai d'absorption d'alcool en 24 heures diminuait avec l'augmentation en ciment; que le remplacement par du sable des 2/3 en poids de fines réduisait la permèabilité de quelque 50% pour des dosages en ciment de 260 kg/m³ et moins. La profondeur de carbonatation a été déterminée en vaporisant de la phénol-phtaléine sur des éprouvettes rompues et là encore on constate une diminution avec l'augmentation du dosage en ciment. La présence de sable réduit la profondeur de la carbonatation et on a constaté que celle-ci ne pénétrait pas, après une exposition de deux ans, pour toutes les compositions de béton léger comprenant des ciments d'au moins 360 kg/m³, et pour toutes les compositions avec sable dosées avec des ciments d'au moins 260 kg/m³.

Les résultats montrent que la perméabilité relative et le dosage en ciment sont les deux principaux facteurs qui agissent sur la profondeur de la carbonation dans le béton et, par conséquent, sur les progrès de la corrosion de l'acier enrobé. Dans le béton léger structurel, une épaisseur d'enrobage de l'acier équivalente à la dimension maximale de granulats+5 mm est recommandée, étant donné que la présence d'un élément important de granulat pourrait ménager un «raccourci» à la progression du front de carbonatation. Aucuns signes de corrosion n'ont été cependant décelés après deux ans d'exposition en atmosphère industrielle.