Aman Kumar;Harish Chandra Arora;Nishant Raj Kapoor;Denise-Penelope N. Kontoni;Krishna Kumar;Hashem Jahangir;Bharat Bhushan
Computers and Concrete
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v.32
no.2
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pp.119-138
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2023
Concrete carbonation is a prevalent phenomenon that leads to steel reinforcement corrosion in reinforced concrete (RC) structures, thereby decreasing their service life as well as durability. The process of carbonation results in a lower pH level of concrete, resulting in an acidic environment with a pH value below 12. This acidic environment initiates and accelerates the corrosion of steel reinforcement in concrete, rendering it more susceptible to damage and ultimately weakening the overall structural integrity of the RC system. Lower pH values might cause damage to the protective coating of steel, also known as the passive film, thus speeding up the process of corrosion. It is essential to estimate the carbonation factor to reduce the deterioration in concrete structures. A lot of work has gone into developing a carbonation model that is precise and efficient that takes both internal and external factors into account. This study presents an ML-based adaptive-neuro fuzzy inference system (ANFIS) approach to predict the carbonation depth of fly ash (FA)-based concrete structures. Cement content, FA, water-cement ratio, relative humidity, duration, and CO2 level have been used as input parameters to develop the ANFIS model. Six performance indices have been used for finding the accuracy of the developed model and two analytical models. The outcome of the ANFIS model has also been compared with the other models used in this study. The prediction results show that the ANFIS model outperforms analytical models with R-value, MAE, RMSE, and Nash-Sutcliffe efficiency index values of 0.9951, 0.7255 mm, 1.2346 mm, and 0.9957, respectively. Surface plots and sensitivity analysis have also been performed to identify the repercussion of individual features on the carbonation depth of FA-based concrete structures. The developed ANFIS-based model is simple, easy to use, and cost-effective with good accuracy as compared to existing models.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.175-180
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2002
Regardless of the carbonation of concrete is one of the importants causes of corrosion of reinforing steel in concrete with the cloride attack and the frost damage, the investigacion about the carbonation of concrete is limited and each investigator experiments under different condition. In this paper, the effect of temperature, relative humidity, concentration of $CO_2$, type of specimen, etc., were investigated according to the accelerated carbonation test. The principal conclusions from this research were as follows: 1) The carbonation of concrete is higher in olden of, under environmental condition(temperature-relative humidity, concentration of $CO_2$, ) of 40-40-10>40-50-10>40-60-5>20-60-5. 2) Under same environmental condition, the carbonation of concrete in $\Phi$10$\times$20cm cylinder specimen is 2-8% higher then 10$\times$10$\times$40cm specimen.
Raman spectroscopy is effective to investigate functional groups via molecular vibration. The technique offers the structural information of compounds including subtle changes in the chemical composition of local atomic coordination without critical damage. Thus, the effect of carbonation on the hydration characteristics of Portland cement under pre-curing conditions for carbonation was investigated via Raman spectroscopy in the present study. Gaseous CO2 was injected within 60 seconds, and the reaction time was varied from 0 minute to 90 minutes. The test results indicated that the Ca/Si ratio of C-S-H reduced immediately after mixing and then the C-S-H with a relatively high Ca/Si ratio coexisted as the reaction time increased. The calcium carbonates formed in the present study included calcite and amorphous calcium carbonates. The test results via Raman spectroscopy provide valuable information about the carbonation characteristics of OPC under pre-curing conditions for carbonation.
The most common deteriorating processes of concrete structures are carbonation and chloride ion ingress. Many concrete structures have been suffered from chloride ions diffusion or carbonation induced reinforcement corrosion damage and many studies have been done on it. However, those studies were confined mostly to the single deterioration of carbonation or chloride attack only, although actual environment is rather of combined conditions. In case of many in-situ concrete structures, deterioration happened more for the case of combined attack than the single case of carbonation or chloride attack. In this paper, chloride profiles of carbonated concrete is predicted by considering two layer composite model, which is based on Fick's 2nd law. From the experimental result on combined deterioration of chloride and carbonation, it was examined that high chloride concentration was built up to 3∼5 mm over depth from carbonation depth. The analytical modeling of chloride diffusion was suggested to depict the relative influence of the carbonation depth. The diffusion coefficients of carbonation concrete and uncarbonated concrete with elapsed time were considered in this modeling.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.10a
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pp.517-526
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2004
In the resent years, the early evaluation of concrete quality, construction and maintenance has been considered as all is of major concern due to the increase of loading and the degradation of structures related with time. This paper presents evaluation of structural safety performance using measured data of construction, on the basis of a field measurements for the prevention of unreliable concrete works. Measurements analyzed in this paper are early quality condition and performance assessment, serviceability performance by cracks and deflection, rating performance by loading, durability performance by chloride attack and carbonation. Thus, a quantitative assessment model of resistance capacity was developed here to meet the requirement for deteriorated concrete structures. The model focuses on damage mechanical of concrete structures deteriorated by initial damage factors for concrete quality and environment factors such as chloride and carbonation attacks. These results could provide useful information for concrete structures interested in design, construction and maintenance.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.417-422
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2005
The appropriate ventilation system in vehicular tunnel should be the most economical solution with regard to both construction and maintenance. The damages on tunnel lining was affected by formula of ventilation system in long vehicular tunnel. In this study, carbonation, one of main experimental items in precision safety diagnosis, was analyzed by contouring damage area with ventilation system. Considerations of carbonation were also given to the design and maintenance which manage the long-term safety in tunnel.
Coelho, Karolinne O.;Leonel, Edson D.;Florez-Lopez, Julio
Computers and Concrete
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v.29
no.1
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pp.1-14
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2022
Several aspects influence corrosive processes in reinforced concrete (RC) structures such as environmental conditions, structural geometry and mechanical properties. Since these aspects present large randomnesses, probabilistic models allow a more accurate description of the corrosive phenomena. Besides, the definition of limit states in the reliability assessment requires a proper mechanical model. In this context, this study proposes a straightforward methodology for the mechanical-probabilistic modelling of RC structures subjected to reinforcements' corrosion. An improved damage approach is proposed to define the limit states for the probabilistic modelling, considering three main degradation phenomena: concrete cracking, rebar yielding and rebar corrosion caused either by chloride or carbonation mechanisms. The stochastic analysis is evaluated by the Monte Carlo simulation method due to the computational efficiency of the Lumped Damage Model for Corrosion (LDMC). The proposed mechanical-probabilistic methodology is implemented in a computational framework and applied to the analysis of a simply supported RC beam and a 2D RC frame. Curves illustrate the probability of failure evolution over a service life of 50 years. Moreover, the proposed model allows drawing the probability of failure map and then identifying the critical failure path for progressive collapse analysis. Collapse path changes caused by the corrosion phenomena are observed.
Kim, Young-Sun;Koo, Kyung-Mo;Kim, Young-Duck;Cho, Bong-Suk;Kim, Gyu-Yong;Kim, Moo-Han
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.574-577
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2006
Recently, the deterioration due to salt damage and carbonation as the main factors of deteriaoration of the domestic reinforced concrete structures has been increased. Also the national and social concern about the durability recovery of the deteriorated reinforced concrete structures is geratly being raised. Therefore, it is the final purposes of this study to develop the performance evaluation technique for durability of reinforced concrete structures deteriorated due to salt damage and carbonation with the proposal of the service life prediction method for the investigation and diagnosis of reinforced concrete structures, and accelerated test in Lab.
Kwon, Young-Jin;Kim, Chul-Ho;Jang, Tea-Min;Park, Deuk-Kon;Choi, Long
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1996.04a
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pp.414-417
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1996
It is the aim of this study to introduce the performance and application of new repair system for the exterior wall by durability failure caused carbonation and salt damage. The elementary performance of this repair system is as follows. (1) Al the layer in the repair are cement based, same with the mother concrete (2) this repair system use SBR admixture (3) This cement and mortar powder for this repair system are premixed and ready to use just adding admixture at the job site.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.22
no.5
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pp.425-430
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2022
Concrete used for the foundation of high-rise buildings is often placed through in an integrated pouring to ensure construction efficiency and quality. However, if concrete is placed integrally, there is a high risk of temperature cracking during the hydration reaction, and it is necessary to determine the optimal mixing design of high-performance, high-durable concrete through the replacement of the admixture. In this study, experiments on salt damage, carbonation, and sulfate were conducted on the specimen manufactured from the optimal high-performance low-heating concrete combination determined in the author's previous study. The resistance of the cement matrix to chlorine ion diffusion coefficient, carbonation coefficient, and sulfate was quantitatively evaluated. In the terms of compression strength, it was measured as 141% compared to the structural design standard of KCI at 91 days. Excellent durability was expressed in carbonation and chlorine ion diffusivity performance evaluation. In particular, the chlorine ion diffusion coefficient, which should be considered the most strictly in the marine environment, was measured at a value of 4.09×E-12m2/y(1.2898×E-10m2/s), and is expected to be used as a material property value in salt damage durability analysis. These results confirmed that the latent hydroponics were due to mixing of the admixture and high resistance was due to the pozzolane reaction.
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