Methods and techniques for the exprimental evalution of concrete's resistance to chlorides attack - A review

Seyedalhossini Natanzi, Atteyehossadat

dc.contributor.author	Seyedalhossini Natanzi, Atteyehossadat	en
dc.date.accessioned	2015-04-28T09:53:55Z
dc.date.available	2016-04-28T02:00:26Z
dc.date.issued	2015-04-28
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40657
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.4548
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) "Analysis and Design of Earthquake Resistant Structures"	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Concrete,	en
dc.subject	Corrosion	en
dc.subject	Durability	en
dc.subject	Chloride attack	el
dc.subject	Chloride binding	el
dc.title	Methods and techniques for the exprimental evalution of concrete's resistance to chlorides attack - A review	en
heal.type	masterThesis
heal.generalDescription	Chloride ingress is one of the main causes of reinforced concrete deterioration affecting structural serviceability and safety. Corrosion begins when the concentration of chloride at the steel bars reaches a threshold value that destroys a thin passive layer of corrosion products which are preserved by the high alkalinity of concrete. Chlorides could ingress in concrete by different transport mechanisms: - Permeability of chlorides water solutions, due to hydraulic gradient. - Diffusion as a result of a chlorides concentration gradient - Absorption where the transport of liquids in unsaturated porous concrete occurs due to surface tension acting in capillaries When chloride ions originated from environmental solutions penetrate into the concrete, some of them remain free ions, dissolved in the pore solution. The rest are captured by the hydration products. This is called chloride binding. Chlorides mainly bound in concrete in the form of Friedel’s salt, as the result of their reaction with C3A and in calcium silicate hydrate (C-S-H) gel, adsorbed onto the C-S-H gel. Chloride binding in concrete is affected by many factors, such as: type of cement, mineral addition, w/c, curing condition, exposure conditions, chloride source, carbonation and sulphate existence. Literature review showed that: - CEM I and CEM III have the highest and lowest binding capacity, respectively. Binding capacity increases by the addition of minerals. The addition of Fly Ash or GGBFS, for instance, found to enhance chloride binding capacity at the level of 24% and 68%, respectively - The amount of bound chlorides increased with increasing W/C, but the ratio of free/ bound chlorides decreased since the total chloride content increased with increasing W/C. - An increase in curing temperature increases both ionic diffusivity and chloride binding capacity. Many methods have been proposed for testing chloride ingress in concrete. These methods can be categorized into the categories: diffusion tests, migration tests, indirect test based on resistivity or conductivity. These methods can determine total or free chloride and binding chloride could be calculated: - Total chloride can be determined by chemical analysis, using AS 1012.20-1992, ASTM C 1152-97 or BD 1881 part 124-1988. - Free chloride is more complicated and it can be measured by ion chromatography technique but it will also include at least the diffusing ones and a variable proportion of the physically bound chlorides. In the last 20 years, some studies have used some non-destructive an in situ methods for developing several non-destructive techniques that have shown good possibilities for measuring, controlling, or modeling chloride ingress in concretes. These methods are: Ion electrode selective, Electrical resistivity, and Optical fiber sensors. Each method measures chloride ions or chloride diffusion coefficient. The use of optical fiber sensors is the most promissory technique. It is not affected by environmental factors, geometrical distribution, ions presences or electromagnetic fields. The prediction of chloride binding through modeling, concentrates significant research effort. Some of them reproduce the behaviour of chloride binding in hardened cement paste using thermodynamic equilibrium. Other modeled the dissolution and precipitation behaviour of C-S-H, assuming a binary non ideal solid solution. Finally, there are several challenges favoring the future research on chloride measurement by using non-destructive techniques, with respect to: - Independence of geometry - Multi-measurement ability - Independence of environmental actions - Chemical stability - Cost and Accuracy. Keywords: Concrete, corrosion, durability, chloride attack, chloride binding.	en
heal.classification	Σκυρόδεμα	el
heal.classification	Concrete	en
heal.classification	Corrosion	en
heal.classification	Durability	en
heal.classification	Chloride attack	el
heal.classification	Chloride binding	en
heal.access	free	el
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-10-30
heal.abstract	Η διείσδυση χλωριόντων είναι μία από τις κύριες αιτίες υποβάθμισης της λειτουργικότητας και της ασφάλειας των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος. Η διάβρωση αρχίζει όταν η συγκέντρωση του χλωριόντων στις ράβδους χάλυβα φθάνει μία οριακή τιμή που καταστρέφει το λεπτό παθητικό στρώμα προστασίας που διατηρείται από την υψηλή αλκαλικότητα του σκυροδέματος. Tα χλωριόντα θα μπορούσαν να εισχωρήσουν στο σκυρόδεμα με διαφορετικούς μηχανισμούς μεταφοράς: - Διαπερατότητα των χλωριούχων διαλυμάτων νερού, λόγω διαφοράς πίεσης. - Διάχυση ως αποτέλεσμα διαφοράς συγκέντρωσης των χλωριόντων - Απορρόφηση όπου η μεταφορά των υγρών στο πορώδες, λαμβάνει χώρα λόγω της επιφανειακής τάσης που ενεργεί σε τριχοειδή Όταν εισέρχονται στο σκυρόδεμα ιόντα χλωρίου από το περιβάλλον, κάποια παραμένουν ελεύθερα και κάποια διαλυμένα στα υδατικά διαλύματα των πόρων. Τα υπόλοιπα δεσμεύονται από τα προϊόντα ενυδάτωσης. Αυτή η διεργασία ονομάζεται δέσμευση χλωριόντων. Τα χλωριόντα δεσμεύονται στο σκυρόδεμα κυρίως με τη μορφή του άλατος Friedel, ως αποτέλεσμα της αντίδρασής τους με το C3A, καθώς και προσροφημένα στο ένυδρο πυριτικό ασβέστιο (CSH). Η δέσμευση χλωριόντων επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, όπως: ο τύπος του τσιμέντου, τα πρόσθετα, ο λόγος Ν/Τ, οι συνθήκες συντήρησης και έκθεσης, η προέλευση χλωριόντων, η ενανθράκωση και η ύπαρξη θειϊκών. Η βιβλιογραφική ανασκόπηση έδειξε ότι: - Τα τσιμέντα τύπου CEM I και CEM III έχουν την υψηλότερη και χαμηλότερη ικανότητα δέσμευσης, αντίστοιχα. - Η δέσμευση αυξάνεται με την προσθήκη προσθέτων. Η προσθήκη ιπτάμενης τέφρας ή GGBFS, για παράδειγμα, βρέθηκε να ενισχύει την ικανότητα δέσμευσης στο επίπεδο του 24% και 68%, αντίστοιχα, - Το ποσό των δεσμευμένων χλωριόντων αυξάνεται με την αύξηση του λόγου Ν/Τ, αλλά η αναλογία των ελεύθερων/δεσμευμένα χλωριόντα μειώνεται, καθώς η συνολική περιεκτικότητα σε χλωριόντα αυξάνεται με την αύξηση του Ν/Τ. - Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει, τόσο τη διάχυση χλωριόντων όσο και τη δέσμευση. Πολλές μέθοδοι έχουν προταθεί για τον προσδιορισμό των χλωριόντων που εισέρχονται στο σκυρόδεμα. Μπορούν να ταξινομηθούν στις ακόλουθες κατηγορίες: δοκιμές διάχυσης, δοκιμές διείσδυσης, έμμεσες μέθοδοι μέσω ηλεκτρικής αντίστασης ή αγωγιμότητας. Αυτές οι μέθοδοι εκτιμούν είτε τα συνολικά είτε τα ελεύθερα χλωριόντα, μέσω των οποίων μπορούν να υπολογιστούν τα δεσμευμένα: - Τα συνολικά χλωριόντα μπορούν να προσδιοριστούν μέσω χημικής ανάλυσης, με βάση τα πρότυπα AS 1012.20-1992, ASTM C 1152-1197 ή BD 1881 part 124 - 1988. - Ο προσδιορισμός των ελεύθερων χλωριόντων είναι πιο δύσκολος και μπορεί να μετρηθεί με την τεχνική ιοντικής χρωματογραφίας. Ωστόσο στην ποσότητα των ελεύθερων χλωριόντων θα περιλαμβάνονται και σε ένα ποσοστό τα φυσικώς δεσμευμένα χλωριόντα. Κατά τα τελευταία 20 χρόνια, μερικές μελέτες έχουν αξιοποιήσει κάποιες in situ μη-καταστρεπτικές μεθόδους, όπου η εξέλιξη πολλών από αυτές υπόσχεται πολλές δυνατότητες τόσο για τη μέτρηση και τον έλεγχο της διείσδυσης των χλωριόντων στο σκυρόδεμα, όσο και για τη μοντελοποίηση της. Οι μέθοδοι αυτές είναι: αισθητήρες επιλεκτικών ηλεκτροδίων, αισθητήρες ηλεκτρικής αντίστασης και αισθητήρες οπτικών ινών. Κάθε μέθοδος μετρά τη συγκέντρωση των ιόντων χλωρίου ή το συντελεστή διάχυσης χλωριόντων. Η χρήση αισθητήρων οπτικών ινών είναι η πιο πολλά υποσχόμενη τεχνική. Δεν επηρεάζεται από περιβαλλοντικούς παράγοντες, γεωμετρική κατανομή, παρουσία άλλων ιόντων ή ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Η πρόβλεψη της δέσμευσης χλωριόντων μέσω μοντελοποίησης, επικεντρώνει επίσης σημαντική ερευνητική προσπάθεια. Μερικά από αυτά αναπαράγουν τη συμπεριφορά της σκληρυμένης πάστας τσιμέντου του σκυροδέματος στη δέσμευση χλωριόντων, μέσω εξισώσεων θερμοδυναμικής ισορροπίας. Άλλα μοντελοποιούν τη διάλυση και κατακρήμνιση του CSH, υποθέτοντας ένα δυαδικό μη ιδανικό στερεό διάλυμα. Τέλος, υπάρχουν αρκετές προκλήσεις που ευνοούν τη μελλοντική έρευνα για τη μέτρηση χλωριόντων, χρησιμοποιώντας μη καταστρεπτικές τεχνικές που μπορούν να λαμβάνουν υπόψη: - τη γεωμετρία - τη δυνατότητα πολλαπλών μετρήσεων - τις περιβαλλοντικές δράσεις - τη χημική σταθερότητα - το κόστος και την ακρίβεια της μέτρησης. Λέξεις κλειδιά: Σκυρόδεμα, Διάβρωση, Ανθεκτικότητα, Δράση χλωριόντων, Δέσμευση χλωριόντων.	el
heal.advisorName	Μπαδογιάννης, Ευστράτιος	el
heal.committeeMemberName	Τσιβιλής, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Κόλλιας, Στέφανος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	230
heal.fullTextAvailability	true