Evolution of pore solution chemistry, electro-osmosis and rebar corrosion rate induced by realkalisation

Abstract

The electrochemical repair methods known as realkalisation or chloride removal, although increasingly applied, still require fundamental understanding. In the case of realkalisation, the development of an electro-osmosis is claimed, which would introduce the carbonate ions into the concrete matrix; however this electroosmosis has still not been demonstrated. In the present paper, a laboratory trial is reported showing the different processes occurring throughout the experiment. In carbonated concrete, a noticeable increase in the volume of the catholyte could be identified, with the subsequent incrase in the amount of carbonate, and volume decrease in the anolyte, which has been taken as an indicative of electro-osmosis. Variations of pH and the concentration of different ions have been monitored enabling the deduction that OH⁻, Na⁺ are driven by the electrical field while K⁺ and CO ⁻₃ are moved by other types of driven forces. Calculation of the potential zeta of carbonated concrete, as well as the theoretical electrical charge needed for realkalisation, is given. Finally, the corrosion rate values measured two months further after finishing the tests showed that the steel does not seem to be repassivated, although this result has to be interpreted with precaution due to the amount of oxides reduced on the steel during the treatment.

Résumé

Bien que les méthodes électrochimiques de réparation de réalcalinisation ou d'extraction des chlorures sont de plus en plus utilisées, on ne possède pas de connaissances fondamentales sur les méthodes. Dans le cas de la réalcalinisation, une électro-osmose capable d'introduire des carbonates dans la matrice du béton se produit. Pourtant, cette électro-osmose n'a pas encore pu être démontrée. Dans ce travail, on décrit un essai de laboratoire qui montre les différents processus qui se déroulent pendant l'éxpérience. On a pu identifier une importante augmentation du volume du catholite et par conséquent l'augmentation des carbonates et la diminution du volume de l'anolite. Ces événements ont été considérés comme indicatifs d'une électro-osmose. Les changements de pH et des autres ions présents ont permits de déduire que les OH⁻ et Na⁺ sont dirigés par le champ électrique alors que K⁺ et CO ⁻₃ le sont par d'autres mécanismes. De même, on présente le calcul du potentiel zeta du béton carbonaté et de la charge électrique théorique nécessaire pour la réalcalinisation. Finalement, la vitesse de corrosion mesurée pendant deux mois après la fin de l'expérience semble indicquer que l'acier est actif. Ce résultat doit être interprété avec précaution en raison de la quantité d'oxydes de l'acier qui sont réduits pendant le traitement.