ELECTROCHEMICAL STUDIES ON CORROSION-RESISTANT STEEL BARS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Final_ADEWUMI_MSC_THESIS.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

Tالاسم الكامل: أديشنا أديويل أدوومي عنوان الرسالة: دراسات كهروكيميائية على مقاومة اسياخ الحديد للتآكل التخصص: هندسة مدنية (انشاءات) تاريخ الدرجة العلمية: شعبان 1436هـ تعتبر مشكلة تآكل حديد التسليح من المشاكل الرئيسية والأكثر تكلفة التي تواجه ديمومة الخرسانة المسلحة وفعاليتها خصوصا الناتجة عن العوامل البيئية القاسية مثل البيئة البحرية. تآكل حديد التسليح ينتج عادة عن تشقق و فقدان غطاء الخرسانة حيث يؤدي الى قصر حياة المنشآت الخرسانية، مما يؤدي الى الحاجة الى عمليات الاصلاح والاستبدال التي تكلف مليارات الدولارات. أسياخ الحديد المقاومة للتآكل يمكن اعتبارها أحد الحلول لاطالة عمر المنشأت الخرسانية المسلحة في ظروف بيئية صعبة. في هذا البحث تم فحص تاثير الكلورات، السلفات، والحرارة على التآكل الناجم عن الكلوريد على الحديد الصلب او الاسياخ السوداء، مركبات الحديد الصغيرة، الحديد المقاوم للصدأ، اسياخ الحديد المقاومة للصدأ. برنامج هذا البحث ينقسم الي قسمين: في القسم الاول تم تحضير عينات من الحديد المغمورة في الخرسانة مغ تغغير ثلاث عوامل ( تركيز الكلوريد والسلفات بالاضافة للحرارة) باستخدام الاستقطاب عند الجهد و تقنية الاستقطاب الخطي. في القسم الثاني من هذا البحث تم تحضر العينات لقياس التيارات الكلية في لاسياخ الحديد بناء" على المواصفات ASTM G 109. تم استخدام كثافة تيارات التآكل مع اختبار الاستقطاب لقياس فعالية عينات الحديد بينما اختبار الكثافات الكلية استخدم لقياس فعالية اسياخ الحديد داخل الخرسانة مع انواع مختلفة من الظروف البيئية. اظهرت نتائج فحوصات الاستقطاب عند الجهد والاستقطاب الخطي ان زيادة درجة الحرارة بشكل كبير ئؤدي الى زيادة معدل التآكل للاسياخ السوداء بينما تآكل مركبات الحديد الصغيرة، الحديد المغلف المقاوم للصدأ، اسياخ الحديد المقاومة للصدأ كان هامشيا بسبب زيادة درجة الحرارة. ايضا عند وضع عينات الاسياخ السوداء في SCPS حيث يحتوي على كلوريد بتركيز 2000 جزء بالمليون ودرجة حرارة 25 درجة مئوية تعرضت هذه الاسياخ الى تآكل عام. لكن عند زيادة درجة حرارة المحلول الى 55 درجة مئوية لوحظ حصول نتوءات تآكل بصورة اكبر. الحديد المقاوم للصدأ أظهر تآكل اقل على درجتي الحرارة. ايضا لوحظ حول نتوءات في اسياخ الحديد المقاومة للصدأ ومركبات الحديد الصغيرة. علاوة على ذلك، وجود ايونا الكلوريد والسلفات ادت الى تسارع تآكل حديد التسليح مقارنة مع العيانت التي تعرضت لايونات الكلوريد فقط لجديع العينات. لكن تأثير الكلوريد مع السلفات كان اكثر على الاسياخ السوداء مقارنة مع اسياخ الحديد. الحديد المقاوم للصدأ أبدى مقاومة اعلى للتآكل بينما مركبات الحديد الصغيرة والحديد المغلف المقاوم للصدأ أبدى مقاومة شديدة للتآكل. بتاء" على نتائج ASTM G 109، كل الاسياخ لم تظهر اي تآكل لعينات الخرسانة التي تحتوي على 3% من كلوريد الصوديوم، و0.5% من محلول السلفات، او تحتوي على 3% من كلوريد الصوديوم 3% من محلول السلفات حتى بعد عام بسبب الجودة العالية للخرسانة التي تم استخدامها في هذا البحث. بداية التآكل في الاسياخ السوداء في الخرسانة المغمورة في محلول السبخا ظهرت بعد ستة اسابيع من دورات الرطب والجاف. لكن اسياخ الحديد لم يظهر عليها التآكل بعد عام من تعرظها لمحلول السبخا. اسياخ الحديد الخاصة يجب استخدامها في الظروف البيئية الصعبة التي تتمثل في تركير عالي من الكلوريد والسلفات مع درجة حرارة عالية مثل منطقة الخليج العربي. ايضا مركبات الحديد الصغيرة والحديد المغلف المقاوم للصدأ يمكن استخدامه بدا من الاسياخ المقاومة للصدأ لأنها ارخص وتعطي مقاومة للتآكل تقريبا تكافئ مقامة الاسياخ المقامة للصدأ التي تعتبر باهظة الثمن في الاسواق.

English Abstract

Corrosion of reinforcing steel is a major and most costly form of durability problem that currently threatens the performance of reinforced concrete (RC) structures, especially environments characterized by severe environmental factors, such as in the marine environment. Corrosion of reinforcing steel usually results in cracking and spalling of the concrete cover. This shortens the life-span of RC structures. This normally results in repair or replacement of the RC structures which consumes billions of dollars. Corrosion-resistant steel reinforcing bars can be a means for prolonging the service life of reinforced concrete structures in aggressive environments. This research work investigated the effect of chloride, sulfate and temperature on the chloride-induced corrosion of carbon steel or black bar (BB), micro-composite steel (MMFX), stainless-clad steel (SCS), and stainless steel (SS) rebars. This research program was divided into two parts. The first part consisted of preparing a set of steel specimens immersed in simulated concrete pore solution and varying the three key exposure parameters (chloride and/or sulfate concentration, and exposure temperature) using potentiodynamic polarization and linear polarization techniques. In the second part of this research, concrete specimens were prepared to evaluate the macro currents of the steel bars according to ASTM G 109 test. Corrosion current density was used to evaluate the performance of the steel specimens with the polarization test, while the macro current was used to evaluate the performance of the steel bars in the concrete ponded with various aggressive species. The results from PDP and LPR showed that, an increase in temperature significantly increases the corrosion rate of the black steel, while for the MMFX, stainless-clad steel and stainless steel bars an increase in temperature has a marginal effect on corrosion. Also, the black steel bars specimens placed in (SCPS) and contaminated with 2000ppm chloride concentration and temperatures of 25 0C exhibited general corrosion. However, when the temperature of the SCPS was increased to 55 °C, pitting corrosion was observed. Stainless-clad steel exhibited little pitting corrosion for the two exposure temperatures. Pitting was also noted in MMFX and stainless-steel bars. Furthermore, reinforcement corrosion was accelerated due to the concomitant presence of chloride and sulfate ions, compared to specimens contaminated with only chloride ions for all the tested steel bars. However, the effect of chloride plus sulfate was more in the black bars compared to the specialty steel bars. The stainless steel exhibited the highest corrosion resistance, while MMFX and stainless steel clad bars also show significant corrosion resistance. From the ASTM G109 experimental result, none of the bars exhibited any signs of active corrosion for concrete specimens ponded with 3% NaCl, 3% NaCl and 0.5% sulphate solution, with 3% NaCl and 3% sulphate solution even after one year due to the high quality concrete used for this research. Corrosion initiation was noted in the black bar in the concrete ponded with sabkha solution after six weeks of wet and dry cycle. However, corrosion was not noted in the specialty steel bars even after one year of exposure to the sabkha solution. In all, specialty steel bars should be used in aggressive environments characterized with high chloride and sulfate concentration couple with high temperature such as in the Arabian Gulf. Also, MMFX and stainless clad bars may be used instead of stainless steel bars since they are cheaper in the market and provide corrosion resistance almost equivalent to that of the stainless steel bars which are very costly in the market.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Al-Dulaijan, Salah Othman
Committee Members:	Maslehuddin, Mohammed and Ahmad, Shamshad
Depositing User:	ADESHINA ADEWALE ADEWUMI (g201203200)
Date Deposited:	18 Jun 2015 07:50
Last Modified:	01 Nov 2019 16:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139670