POURQUOI CHOISIR L'ACIER INOXYDABLE DANS LA CONSTRUCTION ?

Acier inoxydable pour les barres d'armature, de fixations et d'ancrage

Quand est-il judicieux d'utiliser de l'acier inoxydable ?

Les structures en béton armé ne sont pas éternelles, par conséquent elles ne sont pas exemptes de coûts d'entretien.

En cas de corrosion de l’armature en acier due à la carbonatation du béton ou à l'apport de chlorure des mesures supplémentaires de protection anticorrosion sont nécessaires.

Dans les cas suivants, l'utilisation d'un acier inoxydable ou antirouille est justifiée :

  • pour prévenir la corrosion due à des charges élevées de chlorure (par exemple, dans le cas du déverglassage des parkings, des escaliers et des murs de protection)
  • Afin de prolonger la durée de vie des éléments et de réduire les coûts du cycle de vie.
  • Pour la prévention des réparations (surtout si le contrôle est limité)
  • Le béton apparent (béton architectural) afin d’éviter les traces de rouille.
  • Pour des constructions plus fines et plus légères grâce à la réduction de la couverture de béton.

Mieux comprendre l'acier inoxydable

Les aciers inoxydables sont des aciers fortement concentrés dont la teneur en chrome est comprise entre 10,5 % et 1,2 % de carbone au maximum. Dans des conditions environnementales normales et en milieu aqueux neutre, ces aciers ne présentent pas de corrosion de surface et ne produisent pas de rouille notable. Une condition préalable à ce comportement est une teneur minimale de certains éléments d'alliage (par exemple, le chrome) dans l'acier et la présence d'un agent oxydant (par exemple, l'oxygène) dans le milieu environnant. L'ensemble de ces éléments provoque une passivation de la surface. La passivation signifie une forte diminution de la dissolution du fer annodique après la formation de couches passives sur la surface. Ces couches protectrices sont des couches d'oxyde très fines. La couche passive empêche tout échange entre le métal et le milieu environnant, de sorte que ces aciers n'ont pas besoin d'une protection anticorrosion supplémentaire. En cas d'endommagement de la couche passive (rayures, coupures, déformations, etc.), la couche passive réapparaît. Ce processus est également connu sous le nom de " re-passivation ".
Image
Image

La corrosion : un phénomène à comprendre

Classes d'exposition pour la corrosion des armatures Exemples de conditions environnementales
Aucun risque d'attaque X0 Aucun risque d'attaque Zones non renforcées (par ex., fondations sans renforcement)
La corrosion des renforcements induite par la carbonatation XC1 Sec ou constamment humide Composants intérieurs (cuisine, salle de bains), composants sous l'eau
XC2 Humide, rarement sec Réservoirs d'eau, fondations
XC3 Humidité modérée Composants externes ou éléments de construction souvent sous l'air extérieur
XC4 Alternativement humide et sec composants extérieurs directement arrosés, zones d'échange d'eau
Corrosion des armatures induite par le chlorure XD1 Humidité modérée Zone de spray des zones de circulation, garages individuels
XD2 Humide, rarement sec Piscines et bains salés, exposés à de l'eau contenant du chlorure
XD3 Alternativement humide et sec Éclaboussures d'eau provenant d'un agent de dégivrage traité, parkings
Corrosion des armatures par l'eau de mer induite par les chlorures XS1 Air salé (pas de contact direct avec l'eau de mer) Zones de plein air près de la côte
XS2 Sous l'eau Composants des installations portuaires qui sont en permanence sous l'eau
XS3 Eau de marée, eau de spray, zone de brouillard Quais dans les installations portuaires

Les degrés d'exposition : la norme européenne

 Les structures en béton peuvent être endommagées par des phénmènes chimiques ou physiques, résultant des conditions environnementales. En général, la corrosion peut être causée par la carbonatation et par des chlorures, ces derniers pouvant résulter, par exemple, du sel de déverglaçage ou de l'eau de mer. Pour la définition de ces facteurs, la norme européenne DIN 1045-1 a établi des classes de risques. La classification des structures de bâtiments en degrés d'exposition combine, par exemple, les exigences relatives à la couverture du béton et à la composition du béton.Les degrés d'exposition pertinents pour la corrosion induite par le chlorure sont XD3 et XS3, en raison des charges élevées de chlorure ; les classes d'exposition pertinentes pour la corrosion induite par le carbone sont XC3 et XC4.Veuillez noter que les concentrations moyennes de chlorure en surface pour XD3 peuvent varier entre 2,0 et 4,0 M.-%/z ; sur la base de valeurs empiriques, la limite supérieure de la concentration de chlorure en surface peut même être de 5,0 M.-%/z. Dans ces composants très exposés, même avec la meilleure technologie du béton, l'initiation de la corrosion aura lieu avant que la durée de vie souhaitée ne soit atteinte.

Course of damage B500 vs. Stainless rebar



Source: Greve-Dierfeld, Bisschop, Schiegg (2017): Nichtrostende Bewerhungsstähle zur Verlängerung der korrosionsfreien Lebensdauer von Stahlbetonwerken. Beton und Stahlbetonbau, Volume 112, Issue 9, September 2017, Pages 601-610.

Les chlorures provoquent une corrosion importante

Les chlorures à l'extérieur de la surface du béton atteignent l'armature par des processus de transport. Au-delà d'une certaine concentration de chlorure au niveau de l'armature (Ccrit = teneur critique en chlorure déclenchant la corrosion), la couche passive de l'acier est détruite et le déclenchement de la corrosion a lieu.En fonction de la résistance à la corrosion et donc essentiellement de la teneur en alliage de l'armature, la corrosion se produira tôt ou tard. Outre la teneur en alliage, l'homogénéité de la surface de l'acier a une influence décisive sur la résistance à la corrosion. Cela signifie que la durabilité de l'état passif décrit de l'acier peut être influencée de manière proactive. D'un point de vue économique, le choix des alliages ne doit pas être inutilement élevé, mais plutôt idéalement adapté à la résistance requise dans l'environnement d'exploitation.

L'acier inoxydable face aux pièges de la corrosion

Corrosion de surface

La vitesse de corrosion des aciers inoxydables diminue avec l'augmentation de la valeur du pH. Dans l'eau du robinet ou l'eau de pluie dont le pH est supérieur à 4, les aciers inoxydables se comportent de manière passive. La valeur du pH dans le béton humide après carbonatation est d'au moins 8, ce qui signifie que l'acier inoxydable reste protégé par sa passivité.

Corrosion par piqûre

Pour les aciers inoxydables, une bonne résistance à la corrosion de surface et une certaine susceptibilité à la corrosion par piqûres sont caractéristiques. La présence de chlorures est déterminante pour déclencher la corrosion par piqûres. La probabilité d'apparition de piqûres de corrosion augmente avec la concentration en chlorure, l'augmentation de la température et la diminution de la valeur du pH. Dans une large mesure, la résistance à la corrosion par piqûres dépend de la surface et du traitement de l'acier inoxydable. En fin de compte, avec un traitement de surface approprié, la sensibilité de l'acier inoxydable à la corrosion par piqûres peut être considérablement améliorée.
Couplage galvanique

Dans certains cas, l'acier inoxydable et l'acier au carbone sont utilisés simultanément. La corrosion accrue d'une zone métallique dans un élément de corrosion qui est créée par la connexion électriquement et électrolytiquement conductrice de différents métaux précieux est appelée couplage galvanique. Si l'acier non allié se corrode sous l'influence du chlorure et que l'acier inoxydable est encore à l'état passif, la condition préalable à la corrosion de contact est théoriquement donnée. Cependant des tests ont montré que le risque de corrosion par contact en combinaison avec l'acier noir n'est pas un sujet d'actualité tant qu'un environnement alcalin prévaut.

Comment choisir la qualité d'acier la plus appropriée pour les constructions en béton ?

  Produit Concentration en chlorure
[M.-%/z] dans du béton alcalin sur la surface en acier
Concentration en chlorure
[M.-%/z] dans
du béton carbonaté sur la surface de l'acier
  ≤ 0,5 ≤ 1,0 ≤ 2,0 ≤ 2,5 ≤ 3,0 > 3,0 ≤ 0,25 ≤ 0,5 ≤ 0,75 ≤ 1,00 ≤ 1,25 > 1,50
  B500B (1.4039)                        
  Top12 (1.4003)                        
  UGIGRIP® (1.4062; 1.4362; 1.4462)                        
                             
  Risque de corrosion avec le produit correspondant aucun bas haut            

La représentation comparative des résistances au chlorure des différents aciers pour béton ne sert qu'à titre d'aperçu. Les valeurs de la teneur critique en chlorure inducteur de corrosion (Ccrit) indiquées dans des avis d'experts ou des publications comparables, sont décisives pour la classification de la résistance au chlorure.

Améliorer le cycle de vie des structures

Afin d'améliorer la fiabilité et la durabilité des structures, tout en tenant compte des coûts globaux, le choix du matériau le plus approprié est décisif. Avec l'augmentation de la quantité d'alliages, non seulement la durabilité de l'acier inoxydable augmente, mais les coûts des matériaux augmentent également. L'objectif est de choisir l'armature en acier en fonction de l'exposition à la corrosion et du cycle de vie prévu de la structure. Le tableau suivant aide à la prise de décision en combinant les classes d'exposition mentionnées avec les qualités d'acier inoxydable recommandées, indépendamment de la qualité (porosité et perméabilité) du béton utilisé.

Jetez un oeil à une étude sur la réaction des renforts aux chlorures

Résultats de la corrosion après 12 ans en conditions réelles dans un tunnel routier alpin  (couche de béton 10mm)

Des essais sur le terrain et en laboratoire dans le tunnel de Naxberg en Suisse ont montré de manière impressionnante comment différents matériaux réagissent individuellement à la corrosion. Ces éprouvettes d'armature ont été placées à moins de 10 mm de la couverture de béton. L'acier d'armature du béton non allié et l'acier zingué présentent tous deux une corrosion par piqûres et une surface d'acier corrodée de plus de 70 %. Le Top 12 ne présente que peu de taches de rouille et aucun enlèvement de matière mesurable, l'acier duplex 1.4462 ne présente aucun signe de corrosion et reste passif.

Source: Y. Schiegg; F. Hunkeler; D. Keller; H. Ungricht (2017): Massnahmen zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit - Fortsetzung des Feldversuchs Naxbergtunnel. Band 683 von Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK, Bundesamt für Strassen (ASTRA).

Acier
carbone
Top12
with rolling skin 
Acier
galvanisé
Acier Duplex
1.4462