Corrosion of rebar is one of the major deteriorating mechanisms that affect the durability of reinforced concrete (RC) structures. The increase in CO2 concentration in the atmosphere leads to early carbonation and deterioration due to corrosion in RC structures. In the present study, an attempt has been made to modify the existing carbonation depth prediction empirical model. The modified empirical model is verified from the carbonation data collected from selected RC structures of CSIR-SERC campus, Chennai and carbonation data available from the reported literature on in-situ RC structures. Attempt also made to study the carbonation depth in the laboratory specimens using oxygen permeability index (OPI) test. The carbonation depth measured from RC structures and laboratory specimens are compared with estimated carbonation depth obtained from OPI test data. The modified empirical model shows good correlation with measured carbonation depth from the identified RC structures and the reported RC structures from the literature. The carbonation depth estimated from OPI values for both in-situ and laboratory specimens show lesser percentage of error compared to measured carbonation depth. From the present investigation it can be said that the OPI test is the suitable test method for both new and existing RC structures and laboratory RC specimens.
Youn Sang Cho;Man Sung Kang;Hyun Jun Jung;Yun-Kyu An
Smart Structures and Systems
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v.33
no.5
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pp.325-332
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2024
This study proposes a novel long short-term memory (LSTM)-based approach for predicting carbonation depth, with the aim of enhancing the durability evaluation of concrete structures. Conventional carbonation depth prediction relies on statistical methodologies using carbonation influencing factors and in-situ carbonation depth data. However, applying in-situ data for predictive modeling faces challenges due to the lack of time-series data. To address this limitation, an LSTM-based carbonation depth prediction technique is proposed. First, training data are generated through random sampling from the distribution of carbonation velocity coefficients, which are calculated from in-situ carbonation depth data. Subsequently, a Bayesian theorem is applied to tailor the training data for each target bridge, which are depending on surrounding environmental conditions. Ultimately, the LSTM model predicts the time-dependent carbonation depth data for the target bridge. To examine the feasibility of this technique, a carbonation depth dataset from 3,960 in-situ bridges was used for training, and untrained time-series data from the Miho River bridge in the Republic of Korea were used for experimental validation. The results of the experimental validation demonstrate a significant reduction in prediction error from 8.19% to 1.75% compared with the conventional statistical method. Furthermore, the LSTM prediction result can be enhanced by sequentially updating the LSTM model using actual time-series measurement data.
In first experiment series, this paper is devoted for examining progress of reinforcement corrosion due to carbonation in concrete and to quantify uncarbonation depth to protect reinforcement from corroding. The tolerance of cover depth should be considered in order to prevent carbonation-induced corrosion. From the relationship between the weight loss of reinforcement and corrosion current density for a given time, therefore, the tolerance of cover depth to prevent carbonation-induced corrosion is computed. It is observed that corrosion occurs when the distance between carbonation front and reinforcement surface (uncarbonated depth) is smaller than 5 mm.As a secondary purpose of this study, it is investigated to examine the interaction between carbonation and chloride penetration and their effects on concrete. This was examined experimentally under various boundary conditions. For concrete under the double condition, the risk of deterioration due to carbonation was not severe. However, it was found that the carbonation of concrete could significantly accelerate chloride penetration. As a result, chloride penetration in combination with carbonation is a serious cause of deterioration of concrete.
Concrete carbonation is a continuous and slow process from the outside to the inside, in which its penetration slows down with the increased depth of carbonation. In this paper, the results of the evaluation of the measurement of concrete carbonation depth using a non-destructive ultrasonic testing method are presented. According to the results, the relative nonlinear parameter caused more sensitivity in carbonation changes compared to Rayleigh's fuzzy velocity. Thus, the acoustic nonlinear parameter is expected to be applied as a quantitative index to recognize carbonation effects. In this research, combo diagrams were developed based on the results of ultrasonic testing and the experiment to determine carbonation depth using a phenolphthalein solution, which could be considered as instructions in the projects involving non-destructive ultrasonic test methods. The minimum and maximum accuracy of this method were 89% and 97%, respectively, which is a reasonable range for operational projects. From the analysis performed, some useful expressions are found by applying the regression analysis for the nonlinearity index and the carbonation penetration depth values as a guideline.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2010.05a
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pp.229-230
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2010
The Carbonation, one of the main deterioration factors of concrete, reduces capacity of members with providing rebar corrosion environment. Consequently it suggested standards of all countries of world, carbonation depth prediction equation of respective researchers and time to rebar corrosion initiation. As a result of carbonation depth prediction equation calculation, difference of time to rebar corrosion initiation is 149 years and difference of carbonation depth prediction equation is 162 years when water cement ratio is 50%. So a study on rebar corrosion with carbonation depth will need existing reliable data and verifications by experiment.
In this study, on the basis of the results of the field survey and the theoretical consideration for Korean Standard Specification for concrete durability and maintenance, the following conclusions are derived. From the survey, the prediction equation of carbonation depth for the southwest region in Korea is experimentally proposed, $y_p=5.865{\sqrt{t}}$, which predicts about 60mm of the carbonation depth for the concrete structures of 100 years, a 1st class of target endurance period, under a combined deterioration environment like a marine environment. Considering that the marginal value for a carbonation depth limitation under very severely marine environment is 25mm, in accordance with the Specification, it is found that the predicting carbonation depth for the concrete cover depths, 100mm and 60mm are 63mm and 29.4mm, respectively. In conclusion, according to the equation and the Specification, it is strongly required that the reinforced concrete structures with the cover depth under 100mm have to make a protection from combined deterioration factors by any methods like a surface coating, an increment of cover depth or an application of a special concrete.
Murad, Yasmin Z;Tarawneh, Bashar K;Ashteyat, Ahmed M
Computers and Concrete
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v.26
no.6
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pp.497-504
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2020
Concrete can lose its alkalinity by concrete carbonation causing steel corrosion. Thus, the determination of the carbonation depth is necessary. An empirical model is proposed in this research to predict the carbonation depth of concrete using Gene expression programming (GEP). The GEP model was trained and validated using a large and reliable database collected from the literature. The model was developed using the six parameters that predominantly control the carbonation depth of concrete including carbon dioxide CO2 concentration, relative humidity, water-to-cement ratio, maximum aggregate size, aggregate to binder ratio and carbonation period. The model was statistically evaluated and then compared to the Jiang et al. model. A parametric study was finally performed to check the proposed GEP model's sensitivity to the selected input parameters.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2022.11a
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pp.197-198
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2022
Based on the carbonation depth measurement by the indicator for concrete collected from old structures and the quantitative analysis of Ca(OH)2 and CO2 in the carbonation section before and after the carbonation depth and in the non-carbonation section, the absorbable CO2 amount and carbonation degree measurement result is as follows 1) The carbonation depth of the 40-year-old reinforced concrete structure was measured to be about 22 mm. (basement interior wall, marble finish, strength 30MPa) 2) The amount of CO2 absorbed by the concrete was about 4.3% of the sample weight, and the carbonation degree was estimated to be about 53%.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2012.11a
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pp.89-91
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2012
The purpose of this study is to investigate the mechanical property and carbonation resistance of concretes using surface treated lightweight aggregate. In order to evaluate mechanical property and carbonation resistance, slump, compressive strength, and carbonation depth are tested. Slump of concretes using surface treated lightweight aggregate measured 120~125mm, which are lower than slump of NWAC. Compared to compressive strength of NWAC, compressive strength of concretes using surface treated lightweight aggregate showed a level of 82.8~95.9%. In carbonation resistance test, carbonation depth of concretes using surface treated lightweight aggregate measured 10.2~11.3mm, which are lower than carbonation depth of NWAC. As a result, it is found that compressive strength is decreased slightly but carbonation resistance is improved, in case of using surface treated lightweight aggregate.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.20
no.6
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pp.575-582
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2008
Carbonation is one of major factors influencing on the durability of concrete structure. This paper investigates the effect of carbonation on the soundness of harbor concrete structure and quantifies the influence of carbonation based on in-situation data tested at 369 points in 69 harbor facilities. The relationships between carbonation depth and cover depth, and between carbonation depth and compressive strength are studied and the failure probability of durability, that is the initiation probability of steel corrosion, is evaluated on the basis of reliability concept. The in-situation test results showed that the ratio of carbonation depth to cover depth was less than 0.2, and the carbonation depth increased with age. In most cases, the failure probability of durability by carbonation was less than 10%. Therefore, it can be concluded that the influence of carbonation on the durability of harbor concrete structure is smaller than other factors deteriorating the durability of harbor concrete structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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