Simulation of Chloride Transport in Concrete with Stress Induced Damage. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF al-kuttiPhD.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

تعتبر ديمومة المنشاءات الخرسانية المسلحة مشكلة رئيسية في منطقة الخليج العربي والناتجة من صدأ حديد التسليح نتيجة نفاذية أملاح الكلوريدات للخرسانة. بالرغم من أن صدأ حديد التسليح يتأثر مباشرة بخواص النفاذية للكوريدات في الخرسانة, فان خواص النفاذية نفسها تأتأثر بعدد من العوامل مثل مححدات الخلطة الخرسانية, مستوى الأجهادات الميكانية المؤدية للضرر,محتوى الرطوبة, المقدرة على استيعاب الكلوريدات ودرجة الحرارة المحيطة. هناك حاجة لنمذجة نفاذية الكلوريدات في الخرسانة مع الأخذ بالأعتبار اثرمستوى الأجهادات الميكانيكة الموذية للضرر مترابطا مع قابلية استيعاب الكلوريدات وكذلك عرض شرخ الخرسانة والتي تعكس مجتمعة الطريقة الفعلية لنفاذية الكلوريدات في تالمنشئات الخرسانية. يعرض هذا البحث دراسة معملية وعددية باستخدام برنامج COMSOL بطريقة العناصر المحددة لنمذجة نفااذية الكلوريدات في الخرسانة المتضررة. تم تقييم نفاذية الخرسانة المنتقلة بالطريقة الكيموكهربائية باستخدام الأختبار القياسي NT BULD 492 للخرسانة المعرضة للضرر عن طريقة مستويات مختلفة من اجهادات الضغط المحورية. بالأضافة, تم استخدام ثمانية عينات من جسور الخرسانة المسلحة وببحر مقداره 1200 مليمتر لتقييم نفاذية الكلوريدات في الخرسانة المسلحة. تم تعريض الجسور لاحمال بنسب 40% , 60%, 75% و 90% من كامل مقاومتها القصوى للأنحناء. بعد ذلك تم تحميل الجسور باستخدام قطاعات حديدة وتعريضها لمحلول كلوريدات الصوديوم وبنسبة 8% ولمدة تسعون يوما وذلك لنمذجة لنمذجة نفاذية الكلوريدات في الخرسانة مع الأخذ بالأعتبار اثرمستوى الأجهادات الميكانيكة الموذية للضرر مترابطا مع قابلية استيعاب الكلوريدات وكذلك عرض شرخ الخرسانة والتي تعكس مجتمعة الطريقة الفعلية لنفاذية الكلوريدات في تالمنشئات الخرسانية. لوحظ ان هناك زيادة مقدرة لنفاذية الكلوريدات في الجسور الخرسانية المعرضة لاجهادات الشد الميكانيكية , وتم تطوير علاقة احصائية لمعامل النفاذية للكلوريدات في الخرسانة مع معامل الضرر الميكانيكي. بالأضافة لذلك, تم تطوير علاقة احصائية بين عرض الشرخ في الخرسانة مع معامل النفاذية في الخرسانة المعرضة للشروخ الكبيرة. تم تقسيم الجسر الخرساني الى منطقتين: أحداهما يقع تحت تأثير معامل الضرر الميكانيكي والثانية تقع تحت تأثير عرض الشرخ الخرساني. تم مقارنة نتائج النمذجة العددية مع النتائج المعملية ووجد تطابق ممتاز بين النذجة العددية والأختبارات المعملية.

English Abstract

Durability of reinforced concrete structures in Arabian Gulf region is a major problem which results from corrosion of the reinforcement occurring as a consequence of chloride transport in concrete. Although chloride-induced corrosion is directly influenced by the chloride diffusivity property of the concrete, the diffusivity itself is affected by a number of other factors like mix parameters, stress level leading to damage, moisture content, chloride binding capacity and ambient temperature. There is a need to simulate the chloride transport in concrete with regard to the coupled impact of stress level leading to damage, binding capacity and the effect of crack widths which reflects the actual mechanism of chloride transport in concrete structures. This research presents experimental and numerical results using COMSOL multi-physics finite element model used to simulate the chloride transport in damaged concrete samples. The electrochemical transport of chloride in concrete was evaluated using NT BULD 492 test for chloride migration in concrete subjected to different levels of compressive-induced damage. Besides, eight reinforced concrete beams of 1200 mm span were subjected to 40%, 60% 75% and 90 % of its ultimate flexural strength and loaded back to back using steel frames and subjected to 8% of NaCl solution for three months to simulate the coupled problem of chloride diffusion and mechanical loads leads to induced damage. It was found that there is a significant increase in the chloride diffusivity with the increase of tensile stress in the RC beams subjected to flexural loading and a good correlation was established between effective chloride diffusion coefficient and the level of the damage in RC beams. A crack influencing function Fw was developed to correlate the crack width (w) and the ratio of chloride diffusion coefficient in the crack Dcr to the chloride diffusion coefficients in sound concrete Do and two configuration were used in the RC beams which matches consistently the chloride diffusion: the first one when the diffusion relates as a function of distributed damage and second one when it is govern by the crack width. Finite Element model using COMSOL was matching well the experimental results of the mechanical behavior as well as the transport of the chloride in damaged RC beams.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Baluch, Mohammed
Committee Members:	Shazali, Mohammed and Amoudi, Omar and Al-Gadhib, Ali
Depositing User:	WALID ABUBAKER ALKUTR
Date Deposited:	07 Aug 2011 09:47
Last Modified:	01 Nov 2019 15:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138506