Since strength and diffusion coefficient of concrete, representative concrete properties that in change with age, the time effect must be considered in the analysis of chloride penetration. In this study, an evaluation of correlation between accelerated diffusion coefficient, apparent diffusion coefficient, and compressive strength in high performance concrete with various mineral admixtures such as ground granulated blast furnace slag, fly ash, and silica fume was performed. For this work, thirty mix proportions were prepared. Accelerated diffusion coefficients at the age of 28, 91, 180, and 270 days were evaluated. For apparent diffusion coefficient, submerging test for 6 months was performed. For evaluation of compressive strength with ages, the compressive strength test was carried out at an age of 7, 28, 91, 180 days. The results of accelerated diffusion coefficient, apparent diffusion coefficient, and strength were compared, and the correlation was analyzed considering time dependency. From this study, linear relationship between accelerated diffusion and apparent diffusion coefficient were obtained regardless of concrete age. The linear relations were also observed in strength-accelerated diffusion coefficient and strength-apparent diffusion coefficient regardless of concrete age.
Evaluation of chloride penetration is very important, because induced chloride ion causes corrosion in embedded steel. Diffusion coefficient obtained from rapid chloride penetration test is currently used, however this method cannot provide a correct prediction of chloride content since it shows only ion migration velocity in electrical field. Apparent diffusion coefficient of chloride ion based on simple Fick's Law can provide a total chloride penetration magnitude to engineers. This study proposes an analysis technique to predict chloride penetration using apparent diffusion coefficient of chloride ion from neural network (NN) algorithm and time-dependent diffusion phenomena. For this work, thirty mix proportions with the related diffusion coefficients are studied. The components of mix proportions such as w/b ratio, unit content of cement, slag, fly ash, silica fume, and fine/coarse aggregate are selected as neurons, then learning for apparent diffusion coefficient is trained. Considering time-dependent diffusion coefficient based on Fick's Law, the technique for chloride penetration analysis is proposed. The applicability of the technique is verified through test results from short, long term submerged test, and field investigations. The proposed technique can be improved through NN learning-training based on the acquisition of various mix proportions and the related diffusion coefficients of chloride ion.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.6
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pp.18-25
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2019
The cracks occurred during service life of concrete structure should be considered in durability design, because of the concrete's material property which is weak in tensile strength. In this study, the fly ash concrete mixtures considering 2 levels of strength is designed and outdoor exposure tests are conducted for those concrete specimens. The exposure environment is set to a splash zone, and in order to evaluate the effect of crack width on the behavior of chloride diffusion, the crack width of up to 1.0 mm is generated at intervals of 0.1 mm at each concrete mixture. After that, apparent chloride diffusion coefficient and surface chloride contents are deducted considering 3 levels of exposure periods(180 days, 365 days, 730 days). The diffusion coefficients of two types of mixture increase with the increase of crack width, and the diffusion coefficients decrease with the increase of exposure periods. In addition, the effect of the crack width on the diffusion coefficient is reduced as the exposure periods increase, which is attributed to the extra hydrate by chloride ion reducing the diffusivity of concrete. The behavior of the surface chloride contents does not significantly change by the increase in crack width, compared to the behavior of apparent chloride diffusion coefficient. Also, In the high strength FA concrete mixture, the surface chloride contents are 78.9 % ~ 90.7 % than the normal FA strength concrete mixture. Thus, Surface chloride contents have correlation with the strength of concrete.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.2
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pp.18-27
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2022
In this study, the time-dependent chloride ingress behavior in GGBFS concrete was evaluated considering marine exposure conditions and the properties of concrete mixtures. The concrete mixture for this study had 3 levels of water to binder ratio and the substitution rate of GGBFS, and outdoor exposure tests were performed considering submerged area, tidal area, and splash area. According to the evaluation results of diffusion coefficient considering properties of concrete mixtures, as the substitution rate of GGBFS increased, the decreasing rate of the diffusion coefficient decreased based on exposure periods of 730 days(2 years). As the evaluation result of the diffusion behavior according to the marine exposure conditions, the diffusion coefficient was evaluated in the order of submerged area, tidal area, and splash area. In tidal area, a relatively high diffusion coefficient was evaluated due to the repetition of wet and dry seawater. In this study, the effects of GGBFS substitution rate on the decreasing behavior of apparent chloride diffusion coefficient was analyzed in consideration of exposure conditions and periods. Linear regression analysis was performed with apparent chloride diffusion coefficient as output value and GGBFS substitution rate as input value. After 730 days of exposure, the effect of GGBFS on diffusion coefficient was significantly reduced. Even for OPC concrete, after 730 days, the diffusion coefficient was as low as that of GGBFS concrete, so the gradient of the regression equation decreased significantly. It is thought that improved durability performance for chloride ingress can be secured before 730 days through the use of GGBFS.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.5
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pp.30-36
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2019
In order to evaluate service life of RC (Reinforced Concrete) structures exposed to chloride attack, chloride penetration analysis is required referred to the chloride diffusion coefficient from the actual mix proportions. In this work, accelerated diffusion coefficients are obtained from NT BUILD 492 and ASTM C 1202 and the related apparent diffusion coefficients are derived via the previously proposed relationship for RC structures near to sea shore. Considering the properties of the mix proportions and the most conservative analysis conditions like critical and surface chloride contents, service lifes in column and exterior wall member are evaluated through conventional program LIFE 365 ver.2. The different built-up period of 10 and 15 years has no significant effect on service life. The results from mix proportions with slag show longer than 75 years of service life with the help of higher time dependent parameter and lower initial diffusion coefficient.
Recently, accelerated chloride diffusion coefficients are used for an evaluation of chloride behavior. Similar as apparent diffusion coefficients, accelerated diffusion coefficients decrease with time. In this study, decrease in diffusion coefficient with time is simulated with porosity. Utilizing DUCOM-program, porosities from 15 mix proportions are obtained and diffusion coefficients are modelled with regression analysis of porosity for 270 days. Considering non-linear binding capacity which means the relation between free and bound chloride ion, chloride behavior in high performance concrete is evaluated. Through utilizing the previous test results for concrete under chlorides for 180 days, the applicability of the proposed technique is verified. The proposed technique is evaluated to reasonably predict the chloride behavior in concrete with various w/c (water to cement) ratios and mineral admixtures (GGBFS and FA). It is also shown that decrease in chloride diffusion should be considered for chloride prediction in concrete with mineral admixture since it has very clear decrease in diffusivity with time.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.3
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pp.119-126
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2019
In case of RC(Reinforced Concrete) structures which are constructed in coastal areas, chloride ions in sea water corrode the steel rebar in concrete. Especially in coastal areas, RC structures are affected by not only immersion of sea water, but also tidal of sea water and airborne chloride ions. In this study, marine environment exposure tests are conducted, considering 3 types of exposure environments(immersion zone, tidal zone, splash zone) and the exposure periods of 180 days, 365 days, and 730 days. Also, the concrete mixtures for this study are established, considering 3 levels of W/B(Water to Binder) ratio(0.37, 0.42, 0.47) and 2 levels of substitution rate of Fly ash(0 %, 30 %). In all exposure environments, Fly ash concrete has lower apparent chloride diffusion coefficients than OPC concrete. It is thought that fly ash's pozzolan reaction improves chloride resistance of concrete. Fly ash concrete has up to 63.5 % of decreasing rate in 180 days of exposure and up to 55.8 % of decreasing rate in 730 days of exposure, based on diffusion coefficients of OPC concrete. As a result of evaluation about effects of exposure environments, apparent chloride diffusion coefficients of fly ash concrete are evaluated in order of tidal zone, immersion zone, and splash zone. In tidal zone, It is thought that repeated cycles of wetting and drying of sea water cause the diffusion of chloride ions rapidly.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.2
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pp.85-92
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2007
In 1980s, a number of bridges with bare concrete deck were constructed on the Korea highway. After 20 years service, many bare concrete decks are still in good condition without special maintenance activity. Therefore, the application of the bare concrete deck is being reestimated from the view of construction and maintenance. As a part of the program, the characteristic of penetration(surface chloride and apparent diffusion coefficient) of de-icing salt into bare concrete bridge deck was analyzed in order to predict the service life of bridge on Korea highway.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.5
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pp.83-91
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2015
With varying conditions of concrete surface, induced chloride contents are changed and this is a key parameter for steel corrosion and service life in RC (Reinforced Concrete) structures. Many surface enhancement techniques using impregnation have been developed, however the evaluation techniques for chloride behavior through doubly layered media and time-dependent diffusion are rarely proposed. This paper presents an analysis technique considering double-layer concrete and time-dependent diffusion behavior, and the results are compared with those from the previous test results through reverse analysis. The chloride profiles from the surface-impregnated concrete exposed to atmospheric, tidal, submerged zone for 2 years are adopted. Furthermore surface chloride contents and diffusion coefficients are obtained, and are compared with those from Life365. Through consideration of time effect, the relative error decreases from 0.28 to 0.20 in atmospheric, 0.29 to 0.11 in tidal, and 0.54 to 0.40 in submerged zone, respectively, which shows more reasonable results. Utilizing the diffusion coefficients from Life365, relative errors increases and it needs deeper penetration depth (e) and lower diffusion coefficient ratio ($D_1/D_2$) due to higher diffusion coefficient.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.83-90
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2017
Concrete structure for nuclear power plant is mass concrete structure with large wall depth and easily permits cracking in early age due to hydration heat and drying shrinkage. It always needs cooling water so that usually located near to sea shore. The crack on concrete surface permits rapid chloride intrusion and also causes more rapid corrosion in the steel. In the study, the effect of age and crack width on chloride diffusion is evaluated for the concrete for nuclear power plant with 6000 psi strength. For the work, various crack widths with 0.0~1.4 mm are induced and accelerated diffusion test is performed for concrete with 56 days, 180days, and 365 days. With increasing crack width over 1.0mm, diffusion coefficient is enlarged to 2.7~3.1 times and significant reduction of diffusion is evaluated due to age effect. Furthermore, apparent diffusion coefficient and surface chloride content are evaluated for the concrete with various crack width exposed to atmospheric zone with salt spraying at the age of 180 days. The results are also analyzed with those from accelerated diffusion test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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