Rôle du phosphore en tant qu'élément de microalliage et son effet sur les caractéristiques de corrosion des barres d'armature en acier dans un environnement bétonné

Oct 19, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 12449 (2022) Citer cet article

2039 Accès

1 Citation

3 Altmétrique

Détails des métriques

Cette communication rapporte l'effet du phosphore (P) ajouté dans une plage de microconcentrations dans l'acier sur la cinétique, le mécanisme et la croissance du film passif en contact avec du béton contaminé par des chlorures. La spectroscopie d'impédance électrochimique, la polarisation en courant continu, la perte de masse et les techniques spectroscopiques Raman ont été utilisées pour parvenir aux résultats. Les résultats ont montré qu'un ajout intentionnel de P dans l'acier (0,064 %) le rend plus sujet à une corrosion uniforme et localisée (environ 1,1 et 1,7 fois) que l'acier à faible teneur en phosphore (< 0,016 %, présent sous forme d'élément de tramage) exposé sous des conditions humides. /conditions sèches en solution poreuse simulée additionnée de chlorure et en l'absence de cet ion. Un effet similaire est également constaté pour les barres d’armature noyées dans les mortiers. L'identification des produits de corrosion formés sur la surface des barres d'armature en acier par spectroscopie Raman révèle des phases maghémite et goethite thermodynamiquement stables à la surface de l'acier à faible teneur en P. La phase instable de la lépidocrocite est enregistrée à la surface des barres d'armature en acier à plus haute teneur en phosphore. Les résultats sont discutés avec des preuves expérimentales et en prenant des indices de la littérature publiée pour arriver à un mécanisme plausible de ce comportement.

De nombreux éléments métalliques et non métalliques, à savoir le carbone, le soufre, le manganèse, le cuivre, le vanadium, le niobium, le phosphore, etc., sont ajoutés aux aciers dans des plages de microconcentration pour améliorer leurs propriétés. Une étude de la littérature révèle que des chercheurs avaient constaté dans le passé que les éléments ajoutés amélioraient1,2 ou détérioraient3,4,5 les propriétés des aciers. Des informations très limitées sur leur rôle dans la modification des caractéristiques de corrosion, en particulier dans les environnements concrets des aciers microalliés résultants, sont disponibles dans la littérature6,7,8. C'est davantage le cas du phosphore ajouté dans les aciers. Cet élément se sépare dans les joints de grains des aciers, provoquant une fragilité et affectant négativement la ténacité3,4,5. C'est pourquoi la teneur en phosphore des aciers est maintenue à un niveau minimum par certaines normes internationales9. Les barres d'armature encastrées dans le béton subissent des charges statiques et dynamiques au cours de leur durée de vie. Certaines normes internationales relatives aux aciers utilisés pour laminer les barres d'armature limitent donc la teneur maximale en P dans la chimie de ces aciers. Lorsqu'une soudabilité et une ductilité améliorée sont requises, des barres d'armature répondant à la norme ASTM A7069 sont spécifiées. ASTM A706 limite la teneur en phosphore à 0,035 %. D'autre part, aux États-Unis et dans de nombreux autres pays, la norme ASTM A61510 est largement utilisée et traite des barres d'armature pour le renforcement du béton sans limitation de teneur en phosphore. La présente recherche se concentre sur ce type de barres d’armature qui sont beaucoup plus utilisées dans l’industrie de la construction en béton.

Il est connu que la teneur plus élevée en P de l’acier améliore la résistance à la corrosion atmosphérique des structures fabriquées à partir de ces aciers1,2. Certains fabricants de barres d'armature dans certains pays s'attendant au même effet, ajoutent du phosphore supplémentaire dans les aciers utilisés pour laminer les barres d'armature. Les barres d'armature laminées à partir de ferraille contiennent également une teneur plus élevée en phosphore. La déphosphoration des ferrailles d'acier est un processus coûteux et difficile d'atteindre la limite acceptable de cet élément. Compte tenu des faits ci-dessus, il est important de connaître l’effet de la teneur en P des barres d’armature sur leur résistance à la corrosion exposée dans des environnements de béton contaminés par des chlorures. La recherche documentaire révèle que l'ajout supplémentaire de P dans les aciers a généralement un effet détériorant sur leur résistance à la corrosion exposée dans des environnements à forte humidité et teneur en eau. Kim et al.11 ont signalé un effet négatif de l'alliage de P dans l'acier doux sur sa résistance à la corrosion dans un système de désulfuration des gaz et l'ont attribué à la réaction accrue de dégagement d'hydrogène. Un effet similaire a également été rapporté par Uhlig12 et Cleary et Greene13. Windisch et al.14 ont découvert un effet néfaste de cet élément ajouté à l'acier et testé dans une solution de nitrate de calcium. Les auteurs l'attribuent à l'effet déstabilisant du phosphate (généré par l'ionisation du P de l'acier corrodé) sur le film semi-protecteur Fe3O4. Krautschick et al.15 ont rapporté l'effet accélérateur du P et l'ont attribué à la formation d'une espèce chargée négativement Pδ- qui a accéléré l'attaque. P a montré un effet augmentant sur la fissuration par corrosion sous contrainte des aciers dans différents milieux d'essai 16,17,18,19,20,21,22.