Concrete cracking due to chloride-induced reinforcement corrosion – influence of steel–concrete interface defects due to the ‘top-bar effect’

Abstract

This article deals with the influence of the steel–concrete interface condition on reinforcement corrosion and concrete cracking in a chloride environment. Four large concrete members were cast with horizontal reinforcements at different levels in order to create voids under the upper horizontal bars due to the well-known ‘top-bar effect.’ Then, the members were sawn into smaller specimens that included one rebar. Specimens obtained were submitted to wetting–drying cycles in salt water (natural corrosion process) until concrete cracking was observed. Results show that before concrete cracking, the corrosion pattern observed is completely different between the specimens with defect (generalised corrosion) or without defect (local pitting corrosion). The concrete cracking is delayed for specimens affected by the ‘top-bar effect’ in spite of a higher corrosion rate, and occurs at a significantly higher corrosion rate. A new model for uniform steel cross-section reduction calculation from concrete crack width in case of ‘Top-bar effect’ is proposed.

L’étude porte sur l’influence de la qualité de l’interface acier-béton sur la corrosion des aciers et la fissuration du béton en milieu salin. Quatre murs en béton de grande hauteur comportant des armatures disposées horizontalement à différent niveaux ont été fabriqués afin de générer des vides par « Top-bar effect ». Ensuite les murs ont été sciés afin d’obtenir des éprouvettes de petite taille avec une seule armature. Les éprouvettes ont ensuite été soumises à des cycles d’humidification/séchage à l’eau salée (processus de corrosion naturel). Les résultats montrent qu’avant fissuration du béton le faciès de corrosion est très différent avec défaut d’interface (corrosion généralisée) ou sans défaut d’interface (corrosion par piqûre). La fissuration du béton est retardée en présence de défaut d’interface mais apparait pour un taux de corrosion bien plus important. Un nouveau modèle pour déduire le taux de corrosion généralisée en fonction de l’ouverture des fissures et en présence de défaut d’interface est proposé.

Keywords:

• reinforced concrete
• chloride corrosion
• steel–concrete interface
• cracking

Mots-clés :

• béton armé
• corrosion
• Chlorures
• interface acier-béton
• fissuration