Variation in steel-mortar bond strength and microstructure in cathodically protected specimens after two-year exposure

Abstract

Steel embedded in concrete passivates due to the formation of an oxide film that may be broken by exposure to aggressive environments. In such cases, reinforcing bars need to be cathodically protected. There are several criteria to select the adequate protection potential. In this paper it is proposed that steel could be polarised with three different potentials,-850, -1000 and -1250 mV, taken with respect to the saturated calomel electrode (SCE). Two electrolytes were employed: tap water and 3% sodium chloride solution. Mortar specimens were polarised for two years and, then, subjected to a pullout test in order to determine bond strength variations at the steel-mortar interface. It was found that steel-mortar adhesion diminished 10% when specimens were polarised at -1250 mV. These changes may be related to hydrogen evolution and to changes in the crystalline microstructure of the cement paste.

Dans le béton armé, l'acier est passivé à cause de la formation d'une pellicule d'oxyde qui, en présence d'un milieu agressif, peut être abîmée. Dans ce cas, l'acier de renforcement doit être cathodiquement protégé. Il y a divers critères pour la sélection du potentiel de protection le plus approprié. Dans ce travail, il est proposé que l'acier peut être polarisé dans trois valeurs du potentiel: −850, −1000 et −1250 mV, mesurées par rapport à l'électrode de calomel saturé. Des éprouvettes de mortier, plongées soit dans de l'eau du robinet, soit dans une solution contenant 3% de NaCl, ont été polarisées pendant deux ans avant d'être soumises à un essai de traction pour évaluer la variation de la tension d'adhérence dans l'interface acier/béton. Dans le cas où les éprouvettes ont été polarisées à −1250 mV, la tension d'adhérence a été inférieure de 10% par rapport à celles non polarisées mais maintenues dans les mêmes conditions. Cette variation peut être reliée non seulement à la génération d'hydrogène mais encore aux changements dans la microstructure cristaline de la pâte de ciment.