Electrochemical and Gravimetric Studies towards Service-Life Prediction and Durability-based Design of RC Structures in Corrosive Environments. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Final_Thesis.pdf Download (9MB) | Preview

Arabic Abstract

العنوان : دراسات كهروكيميائية و جرافيمترية لتحديد عمر الخدمة وتصميم المبانيالخرسانية اعتمادا على اشتراط ديمومة المنشات الخرسانية المسلحة في البيئات التصدئية. يعتبر تأكل (تصدء) حديد التسليح الناجم بسبب أملاح الكلورايد مشكلة رئيسة تؤثر على العمر الخدمي والديمومة الهيكلية للمنشات الخرسانية ، وفي البيئة المعرضة للكلورايد، تلعب نوعية الخرسانة وسماكة تغطيتها لحديد التسليح دورا مؤثرا على بداية و تطور تأكل حديد التسليح. ولأهمية نمذجة بداية وسرعة تأكل حديد التسليح بدلالة نوعية الخرسانة و سماكة التغطية، فإن هذا البحث يقدم نتائج دراسات مخبريه أجريت على مجموعة كبيرة من عينات خرسانية صممت لهذا الغرض باستخدام نوعين من الركام ( البحص) الخشن تم الحصول عليها من محاجر الركام في المنطقة الشرقية و المنطقة الغربية من المملكة العربية السعودية. صممت العينات الخرسانية باستخدام ثلاث كميات ( 350 ؛ 375 ؛ 400 كجم / م3 ) من مادة الاسمنت مع ثلاث مقادير ( 0.4 ؛ 0.45 ؛ 0.5 ) من نسبة الاسمنت إلى الماء ، وثلاث مقادير ( 0.35؛ 0.4 ؛ 0.45 ) من نسبة الركام (البحص) الخشن إلى الركام الناعم، وباستخدام ثلاثة مقادير (25 ملم ؛ 37.5 ؛ 50 ملم ) من سماكة التغطية الخرسانية في كل العينات. وفي فترة زمنية مدتها ثلاث سنوات عرضت العينات لثلاثة مقادير (3% ؛ 7% ؛ 12%) من محلول الكلورايد تمثل تشبيها إختباريا للظروف البيئية المتغيرة و المسببة لتأكل (صدأ) حديد التسليح ، وقد تم في هذا البحث تحديد معدل سرعة تأكل حديد التسليح باستخدام الطرق الكهروكيميائية والجرافيمترية (قياس فقدان الوزن) لتحديد مدى التآكل الناجم في كل حالة. ومن خلال التحليل العددي لقيم سرعة تأكل حديد التسليح التي تم الحصول عليها بالطريقة الكهروكيميائية وبالطريقة الجرافيمترية تم تطوير علاقة إحصائية تربط بين قيم سرعة التأكل باستخدام الطريقتين. ومن ثم استخدمت نتائج معدل سرعة تأكل حديد التسليح باستخدام الطريقة الجرافيمترية في تطوير نموذج لتحديد معدل أو سرعة تأكل الحديد بدلالة كل من نوعية الخرسانة ، و سماكة التغطية - الخرسانية ، و تركيز ملح الكلورايد. وباستخدام النماذج التي تم الحصول عليها من نتائج الدراسات المخبرية في هذا البحث لتقييم تأكل (صدأ) حديد التسليح، تم تطوير طرق تحليلية وتصميمية برمجت باستخدام الحاسب الآلي (باستخدام مايكروسوفت إكسل سولفر "Microsoft Excel Solver") يمكن من خلالها تقدير العمر الخدمي المتوقع وتصميم الهيكل البنائي لتحقيق اشتراطات ديمومة المنشات الخرسانية المسلحة في البيئات الإنشائية المعرضة للكلورايد. ولتوضيح طريقة الاستفادة العملية من الطرق المقترحة، يقدم هذا البحث مجموعة مختارة من الأمثلة العددية تبين طريقة تحديد العمر الخدمي وخطوات التصميم الإنشائي الذي يحقق شروط الديمومة - الهيكلية لعينة من عناصر إنشائية محددة (كمرات ؛ و أعمدة) في المباني الخرسانية المسلحة.

English Abstract

Chloride-induced corrosion of reinforcing steel is a major problem with regard to service-life and structural-durability requirements of reinforced concrete (RC) structures. Under specified chloride exposure conditions, concrete quality and cover-thickness play a pivotal role on initiation and progress of reinforcement corrosion. Therefore, initiation and rate of reinforcement corrosion can be modeled in terms of parameters of concrete quality and cover-thickness. This work presents the results of an experimental investigation carried out on a large number of test specimens designed for this purpose using two types of coarse aggregates collected from two quarries located in eastern province and western province of the Kingdom of Saudi Arabia. The specimens were prepared with three contents (350; 375; and 400 kg/m3) of cementitious material, three ratios (0.4; 0.45; and 0.5) of water to cement ratio, three ratios (0.35; 0.4; and 0.45) of fine to total aggregate ratio, and three values (25; 37.5; and 50 mm) of concrete cover-thickness. For a period of three years, the specimens were subjected to three levels of chloride-concentrations (namely: 3%, 7% and 12%) experimentally simulating chloride-induced reinforcement corrosion, and the resulting corrosion rates were determined using electrochemical and gravimetric (weight loss) methods to determine the extent of corresponding corrosion. A numerical analysis of the reinforcement-corrosion rates (determined electrochemically and gravimetrically) was first used to determine statistical-correlation between the corrosion rates obtained by the two methods. Then, the gravimetric reinforcement-corrosion-rate results were utilized for developing regression models for reinforcement corrosion rates in terms of concrete quality parameters, concrete cover-thickness and chloride-salt (NaCl) concentration. The regression models obtained for reinforcement-corrosion-rates were utilized to develop analysis and design approaches automated using Microsoft Excel Solver for service-life prediction and durability-based design of RC structures exposed to chloride environments. Utilization of the approaches, proposed for analysis and durability-based design of RC structures, is also demonstrated by selected numerical examples for service-life-prediction and durability-based-design of specific structural elements (namely: beams and columns) of RC structures.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Alghamdi, Saeid A./Dr.
Committee Members:	Maslehuddin, Mohammed/Dr. and Khaled, Mazen/Dr. and Algahtani, Ahmad Saad/Dr.
Depositing User:	Adamu Lawan (g200901530)
Date Deposited:	30 Jul 2011 12:14
Last Modified:	01 Nov 2019 15:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138517