The effect of cracking on chloride diffusion in concrete

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2010

Department

Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta

Major/Subject

Talonrakennustekniikka

Mcode

Rak-43

Degree programme

Language

en

Pages

80 + [54]

Series

Abstract

The major degradation mechanism in concrete structures is the corrosion of the reinforcements as a result of chloride penetration. The corrosion reduces serviceability and safety because of the cracking and spalling of the concrete and the loss of the steel cross section. The current approach aims at postponing the initiation of corrosion until the end of the required service life with a predetermined reliability, based on the simplified modelling of transport in uncracked concrete and the testing of laboratory samples for chloride diffusion. The main focus of this research was on investigating non-steady-state chloride migration in cracked and uncracked concrete. Another aim was to compare the non-steady-state migration results in cracked and uncracked concrete and check if the test method described in the NT BUILD 492 method can be used for cracked concrete. The Nordtest Method NT BUILD 492 describes the method used to determine the chloride migration coefficient in concrete. The experiment is a non-steady -state test with an external power supply to carry chloride ions to concrete. In the experimental test cracked and uncracked specimens from eight different concretes are used. The electrical potential forces the chloride ions outside to migrate into the specimen. The depth of the chloride penetration can then be measured by spraying silver nitrate solution onto the freshly split surfaces. The migration coefficient for cracked and uncracked concrete is calculated from the measurements. The experimental results are compared with numerical simulation. The numerical simulation is performed with the Comsol Multiphysics software. The baseline for the numerical simulation values was the experimental test results. The results are used to evolve better models of chloride penetration in cracked concrete and possibly in the future to create better service life models. The cracks are fast routes to drive chlorides deep into the concrete structure. As the experimental tests and results of the numerical calculations show, this must not be undervalued in chloride penetration estimations.

Merkittävä betonirakenteita heikentävä mekanismi on kloridien kiihdyttämä korroosio. Korroosio vähentää rakenteen huollettavuutta ja turvallisuutta, sillä se aiheuttaa rakenteen halkeilua ja vähentää betoniterästen poikkileikkauspinta-alaa. Nykyisillä käytännöillä pyritään pidentämään rakenteiden käyttöikää erilaisilla käyttöikämalleilla. Mallit perustuvat kloridien tunkeutumaa ja leviämää kuvaaviin yksinkertaisiin laskelmiin ja laboratoriokokeisiin. Pääpaino tässä tutkimuksessa oli tutkia kokeellisesti kloridien migraatiota halkeilleeseen betoniin. Tavoitteena oli myös verrata migraatiota halkeilleen ja halkeamattoman betonin välillä ja tutkia, voiko Nordtest NT Build 492 kuvattua menetelmää käyttää myös halkeillulle betonille. Nordtest Method NT Build 492 kuvaa menetelmän kloridien migraation ja migraatiokertoimen määrittämiseksi. Menetelmässä pakotetaan kloridi-ioneja sähköisen potentiaalieron avulla betoninäytteeseen. Kloridin tunkeumasyvyys voidaan betonin määrittää halkaisupinnalta värjäämällä kloriditunkeuma hopeanitraatilla. Mittaustuloksista lasketaan migraatiokertoimet. Kokeellisia tuloksia verrataan numeerisesta simulaatiosta saatuihin tuloksiin. Simulaatio tehdään Comsol Multiphysics -mallinnusohjelmalla. Simulaation lähtöarvot otetaan kokeellisista mittaustuloksista. Vertailun avulla tuloksilla kehitetään betonin kloridien tunkeumamallia kuvaamaan kloridien tunkeumaa myös haljenneessa betonissa. Tuloksia voidaan tulevaisuudessa käyttää parempien käyttöikämallien luomiseen. Halkeamat mahdollistavat kloridien tunkeutumisen suoraan betonirakenteiden sisään. Kloridit tunkeutuvat tehokkaasti näitä halkeamia pitkin syvälle rakenteisiin. Kokeellisten ja numeeristen laskelmien tulokset osoittavat, että tätä merkitystä ei sovi vähätellä kloridien tunkemamalleja luotaessa.

Description

Supervisor

Sistonen, Esko

Thesis advisor

Piironen, Jukka

Keywords

concrete, betonin kestävyys, permeability, halkeilu, rapid chloride penetration, kloridien diffuusio, concrete, diffuusiokerroin, cracking, kloridien migraatio, chloride diffusion, non-steady-state chloride migration

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122357464

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG