Investigations on the influence of oxygen on corrosion of steel in concrete—Part I

The main objective of the research programme presented in the two parts of this article is determining the influence of oxygen diffusion through the concrete cover, on the corrosion process of the reinforcement in concrete structures. Altogether, 66 so-called “concrete corrosion cells”, i. e. reinforced concrete specimens with locally separated anodically and cathodically acting steel bars and different concrete compositions, have been used for the laboratory tests. Two testing methods have been used to investigate the influence of oxygen diffusion on the cathodic reaction under different environmental conditions: potentiostatic tests (presented in part I) and the determination of cathodic current density/potential curves (presented in part II). Using the results of these tests and a simplified equivalent electric circuit model for the corrosion process, it was possible to calculate the influence of oxygen diffusion on the corrosion rate of the reinforcement under defined conditions.The results of the laboratory tests and calculations show that the diffusion of oxygen is a significant limiting factor for the corrosion rate only when the concrete around the reinforcement is water saturated and most of the oxygen within the concrete near the reinforcement surface has been consumed by the cathodic reaction of the corrosion process. As a consequence, the corrosion rate is influenced by oxygen diffusion only through the concrete cover in structures which are submerged or exposed to long-term or cyclic water application that causes water saturation of the concrete for periods of several weeks. In the case of common outdoor structures being exposed to rain and not submerged or constantly water saturated due to other reasons, no reduction of the corrosion rate induced by limited oxygen diffusion is therefore to be expected.RésuméLe but essentiel du projet de recherche présenté dans cet article en deux parties est de décrire l'influence de la diffusion d'oxygène à travers l'enrobage de béton sur la corrosion de l'acier dans les constructions en béton armé. En tout, 66 piles, dites «de corrosion», formées par des éprouvettes en béton armé, où les réactions anodiques et cathodiques se déroulent sur des armatures séparées ont été utilisées dans les essais en laboratoire. Deux méthodes d'essai différentes ont servi à illustrer l'influence de la diffusion d'oxygène sur la réaction cathodique dans différentes conditions ambiantes: essais potentio-statiques (présentés dans cette première partie) et détermination du courant cathodique (courbe densité de courant-potentiel). En utilisant les résultats des essais et un modèle simplifié de circuit électrique pour le processus de corrosion, il est possible de déterminer l'influence de la diffusion d'oxygène sur la vitesse de corrosion de l'acier dans des conditions bien définies (voir deuxième partie).Les résultats d'essai, ainsi que les calculs, montrent que la diffusion d'oxygène n'a d'influence restrictive sur la corrosion que si le béton enrobant l'acier en question est saturé d'eau et si l'oxygène a été consommé par la réaction cathodique du processus de corrosion. En conséquence, la vitesse de corrosion ne peut être réduite par un manque d'oxygène que dans les ouvrages constamment submergés ou en contact fréquent avec l'eau, de façon à ce que le béton soit saturé d'eau pendant des périodes de plusieurs semaines. Pour des constructions ordinaires exposées à la pluie et non constamment saturées d'eau, aucune réduction de la vitesse de corrosion par un manque d'oxygène n'est à espérer.