Propagation of corrosion of steel bars in carbonated concrete made with different binders

The durability of reinforced concrete structures is frequently compromised by the corrosion of the reinforcement, which can result in significant issues such as concrete cracking and detachment. Several structures are now of considerable age, with numerous examples having reached the initiation stage and currently experiencing corrosion propagation phase. To comprehensively investigate this phase, up to the point of reaching a limit state such as cracking or detachment, a detailed understanding of the evolution of these phenomena is essential. This progression is closely related to the corrosion rate. Typically, studies on the corrosion state have been conducted over short periods, approximately 1-2 years, without addressing the long-term effects and often focusing solely on bars embedded in concrete made with Portland cement. This study investigates the long-term corrosion behavior of embedded steel rebar in concrete, focusing on the effects of different cement types, concrete covers, and exposure conditions over more than 15 years in a natural outdoor environment. The primary aim was to understand the influence of various supplementary cementitious materials (SCMs) on concrete characteristics and the electrochemical behavior of steel rebar over an extended period. Experimental procedures included the monitoring of carbonated concrete specimens made with Portland cement and various supplementary cementitious materials (SCMs). These specimens were exposed to unsheltered outdoor conditions for one year, followed by partial immersion. Concrete characteristics were evaluated through measurements of sorption coefficient, water absorption, and resistivity. Electrochemical properties were assessed by measuring corrosion current density, corrosion potential, and concrete electrical resistivity on reinforced concrete specimens. These measurements were compared with those obtained during the first two years of exposure. Prior to monitoring, visual inspections revealed varying states of conservation, with observed cracks and signs of spalling. It was observed that during outdoor exposure, characterized by continuous wet/dry cycles, rainfall exerted the most significant impact on the electrochemical measurements. Additionally, a notable reduction in corrosion current density values was observed compared to measurements taken within the first two years of outdoor exposure. This reduction was consistent regardless of whether the specimens exhibited cracks.

La durabilità delle strutture in calcestruzzo armato è frequentemente compromessa dalla corrosione delle armature, che può provocare significativi problemi come fessurazione e distacco del calcestruzzo. Diverse strutture sono ormai di notevole età, con numerosi esempi che hanno raggiunto la fase di iniziazione e che attualmente stanno sperimentando la fase di propagazione della corrosione. Per investigare in modo esaustivo questa fase, fino al raggiungimento di uno stato limite come la fessurazione o il distacco, è essenziale una comprensione dettagliata dell'evoluzione di questi fenomeni. Questa progressione è strettamente legata al tasso di corrosione. Tipicamente, gli studi sullo stato di corrosione sono stati condotti per brevi periodi, circa 1-2 anni, senza affrontare gli effetti a lungo termine e spesso concentrandosi esclusivamente su barre incorporate in calcestruzzo realizzato con cemento Portland. Questo studio indaga il comportamento a lungo termine della corrosione delle barre di acciaio incorporate nel calcestruzzo, concentrandosi sugli effetti di diversi tipi di cemento, coperture in calcestruzzo e condizioni di esposizione per oltre 15 anni in un ambiente esterno naturale. L'obiettivo principale era comprendere l'influenza di vari materiali cementizi supplementari (SCM) sulle caratteristiche del calcestruzzo e sul comportamento elettrochimico delle barre di acciaio nel lungo periodo. Le procedure sperimentali includevano il monitoraggio di campioni di calcestruzzo carbonatato realizzati con cemento Portland e vari materiali cementizi supplementari (SCM). Questi campioni sono stati esposti a condizioni esterne non protette per un anno, (e in) seguito da immersione parziale. Le caratteristiche del calcestruzzo sono state valutate attraverso misurazioni del coefficiente di assorbimento, assorbimento d'acqua e resistività. Le proprietà elettrochimiche sono state valutate misurando la densità di corrente di corrosione, il potenziale di corrosione e la resistività elettrica del calcestruzzo su campioni di calcestruzzo armato. Queste misurazioni sono state confrontate con quelle ottenute durante i primi due anni di esposizione. Prima del monitoraggio, (delle) ispezioni visive hanno rivelato vari stati di conservazione, con fessure osservate e segni di sfaldamento. È stato osservato che durante l'esposizione esterna, caratterizzata da continui cicli di bagnato/asciutto, le precipitazioni hanno esercitato l'impatto più significativo sulle misurazioni elettrochimiche. Inoltre, è stata osservata una notevole riduzione dei valori di densità di corrente di corrosione rispetto alle misurazioni effettuate nei primi due anni di esposizione esterna. Questa riduzione è stata coerente indipendentemente dal fatto che i campioni presentassero fessure.