KFUPM ePrints

EXPERIMENTAL INVESTIGATION AND NUMERICAL MODELING OF TWO-DIMENSIONAL CHLORIDE DIFFUSION IN CONCRETE

l EXPERIMENTAL INVESTIGATION AND NUMERICAL MODELING OF TWO-DIMENSIONAL CHLORIDE DIFFUSION IN CONCRETE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (MS Thesis)
Restricted to Abstract Only until 10 May 2015.
Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives.

3707Kb

Arabic Abstract

يعتبر نفاذية الكلوريد هو سمة أساسية في الخرسانة. تتأثر متانة المنشآت الخرسانة المسلحة المعرضة لمخاطر الكلوريد به. وقت بدء التأكل في التسليح بسبب الكلوريد يعتمد أساسا على معامل نفاذية الكلوريد وسمك الغطاء. تحسين عمر الخدمة للمنشآت الخرسانية ضد تأكل حديد التسليح يتطلب معامل نفاذية منخفض للكلوريد وزيادة سماكة الغطاء الخرساني. لذا معامل نفاذية الكلوريد في الخرسانة هو واحدة من المعايير الأساسية المطلوبة للتنبؤ ببدء تآكل الخرسانة وهو مطلوب لتصميم المنشآت الخرسانية المعمرة الجديدة واتخاذ قرارات بشأن حماية المنشآت الخرسانية المسلحة الموجودة تحت ظروف التعرض القاسية للكلوريد. وقد استخدم القانون (Fick’s 2nd) للنفاذية لفترة طويلة لاشتقاق نماذج نفاذية الكلوريد في الخرسانة. ومع ذلك، مثل هذه النماذج لا تشمل تأثيرات العوامل المختلفة الهامة مثل استيعاب الكلوريد من قبل الاسمنت. تسرب الكلوريد في اتجاهات متعددة ، والاختلاف معامل نفاذية الكلوريد مع مرور الوقت بسبب تغيير في البنية المجهرية من الخرسانة أثناء الفترة المبكرة من اماهة الإسمنت. لذلك، هو مطلوب تطوير نموذج من شأنه أن ينظر في تأثير استيعاب الكلوريد ، نفاذية الكلوريد في الخرسانة في اتجاهين والتغيير في البنية المجهرية مع مرور الوقت. تطوير نموذج لنفاذية الكلوريد يأخذ بنظر الاعتبار تأثير هذه العوامل، ذات الصلة بالخرسانة، سيمكن في التنبؤ خدمة الحياة للمنشآت الخرسانة المسلحة بشكل أكثر دقة. في العمل المقترح، وأجريت أول برنامج تجريبي لتوليد بيانات للحصول على مقطع جانبي للكلوريد (بمعنى اختلاف محتوى الكلوريد على طول عمق الخرسانة) لفترات تعرض مختلفة. ثم، استنادا إلى استعراض نماذج مختلفة كما ورد في المؤلفات، اقترح نموذجا جديدا لتحديد معامل نفاذية الكلوريد و يتضمن الاثار المترتبة على الوقت و استيعاب الكلوريد. النموذج المقترح (أي المعادلة التفاضلية التي تمثل عملية نفاذية الكلوريد) يمكن حلها باستخدام التحليل العددي لحساب معامل نفاذية الكلوريد، تركيز الكلوريد السطحي ومعامل استيعاب الكلوريد. ويمكن استخدام نفس النموذج في توقع وقت بدء تآكل التسليح عن طريق استبدال القيم المحسوبة لمعامل نفاذية الكلوريد، تركيز الكلوريد السطحي ومعامل استيعاب الكلوريد في النموذج المقترح المقابلة لعمق الغطاء وحدود تركيز الكلوريد. من خلال مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام نماذج مختلفة بما في ذلك النموذج المقترح، لوحظ تأثير الزمن و استيعاب الكلوريد على معامل النفاذية و وقت بدء التآكل.

English Abstract

Chloride diffusivity is an essential attribute of concrete. Durability of reinforced concrete structures subjected to chloride exposures are affected by it. The time of initiation of chloride-induced reinforcement corrosion mainly depends on chloride diffusion coefficient and cover thickness. Surface concrete having lower chloride diffusion coefficient and higher cover thickness is required to enhance the service life of reinforced concrete structures against reinforcement corrosion. Chloride diffusion coefficient of concrete is therefore one of the key parameters needed for prediction of initiation of reinforcement corrosion which is required for durable design of new concrete structures and for taking decisions regarding protection of existing reinforced concrete structures under severe chloride exposure conditions. Fick’s 2nd law of diffusion has been used for long time to derive the models for chloride diffusion in concrete. However, such models do not include the effects of various significant factors such as chloride binding by the cement, multi-directional ingress of chloride, and variation of chloride diffusion coefficient with time due to change in the microstructure of concrete during early period of cement hydration. Therefore, it is required to develop a model that would consider the effect of chloride binding, 2-D ingress of chloride in concrete and change in the microstructure with time. The chloride diffusion model developed considering the effect of these factors, relevant to concrete, would enable in predicting the service life of reinforced concrete structures more accurately. In the proposed work, first an experimental program was conducted to generate data for obtaining chloride profiles (i.e., the variation of chloride content along the depth of concrete) at different exposure durations. Then, based on the review of different models as reported in literature, a new model was proposed for determination of chloride diffusion coefficient with the provision of incorporating the effects of the time and chloride binding. The proposed model (i.e., differential equation representing the chloride diffusion process) can be solved using numerical analysis for calculation of chloride diffusion coefficient, surface chloride concentration and chloride binding coefficient. The same model can be utilized in predicting the time of initiation of reinforcement corrosion by substituting the calculated values of chloride diffusion coefficient, surface chloride concentration and chloride binding coefficient into the proposed model corresponding to cover depth and threshold chloride concentration. By comparing the results obtained using different models including the proposed one, the effects of time and chloride binding on diffusion coefficient and corrosion initiation time was observed.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Civil Engineering > Structural Engineering
Engineering
Research > Corrosion
Divisions:College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor:Ahmad, Shamshad
Committee Members:Al-Gahtani, Husain Jubran and Al-Dulaijan, Salah
ID Code:139170
Deposited By:KHAN MUHAMMAD UMAR (g201101810)
Deposited On:11 May 2014 10:58
Last Modified:11 May 2014 10:58

Repository Staff Only: item control page