The diffusion model, which considers diffusion and sorption, is proposed. The FEM program developed on the basis of the diffusion model provides the estimation of chloride concentration according to cyclic humidity and sorption. After the humidity diffusion analysis is carried out, the chloride ion diffusion and sorption analysis are conducted on the basis of the preestimated humidity data in each element. Each element has different analysis variables at different ages and locations. At early ages, the difference between inner and outer relative humidity causes the chloride ion penetration by sorption. As the humidity diffusion reduces the difference with age, the effect of sorption on the chloride ion penetration decreases. By the way, the cyclic humidity increases the effect of sorption on the chloride ion penetration at early ages, and the quantity of chloride ion around steel at later ages. Therefore, the in situ analysis of chloride ion penetration for marine concrete structures must be performed considering the cyclic humidity condition and the long term sorption.
This paper estimates theoretically the diffusion-reaction behaviour of sulfate ion in concrete caused by environmental sulfate attack. Based on Fick's second law and chemical reaction kinetics, a nonlinear and nonsteady diffusion-reaction equation of sulfate ion in concrete, in which the variable diffusion coefficient and the chemical reactions depleting sulfate ion concentration in concrete are considered, is proposed. The finite difference method is utilized to solve the diffusion-reaction equation of sulfate ion in concrete, and then it is used to simulate the diffusion-reaction process and the concentration distribution of sulfate ion in concrete. Afterwards, the experiments for measuring the sulfate ion concentration in concrete are carried out by using EDTA method to verify the proposal model, and results show that the proposed model is basically in agreement with the experimental results. Finally, Numerical example has been completed to investigate the diffusion-reaction behavior of sulfate ion in the concrete plate specimen immersed into sulfate solution.
This paper utilizes the modified Davis model and the mode coupling theory, as parts of the electrolyte solution theory, to investigate the diffusivity of the ion in concrete. Firstly, a computational model of the ion diffusion coefficient, which is associated with ion species, pore solution concentration, concrete mix parameters including water-cement ratio and cement volume fraction, and microstructure parameters such as the porosity and tortuosity, is proposed in the saturated concrete. Secondly, the experiments, on which the chloride diffusion coefficient is measured by the rapid chloride penetration test, have been carried out to investigate the validity of the proposed model. The results indicate that the chloride diffusion coefficient obtained by the proposed model is in agreement with the experimental result. Finally, numerical simulation has been completed to investigate the effects of the porosity, tortuosity, water-cement ratio, cement volume fraction and ion concentration in the pore solution on the ion diffusion coefficients. The results show that the ion diffusion coefficient in concrete increases with the porosity, water-cement ratio and cement volume fraction, while we see a decrease with the increasing of tortuosity. Meanwhile, the ion concentration produces more obvious effects on the diffusivity itself, but has almost no effects on the other ions.
Chloride ion diffusion at the corner of rectangular-shaped concrete structures is presented. At the corner of rectangular-shaped concrete, chloride ion diffusion is in two-dimensional process. Chloride ions accumulate from two orthogonal directions, so that corrosion-free life of concrete structures is significantly reduced. A numerical procedure based on finite element method is used to solve the two-dimensional diffusion process. Orthotropic property of diffusion coefficient of concrete is considered and chloride ion profile obtained from numerical analysis is used to produce transformed diffusion coefficient. Comparisons of experimental data are also carried out to show the reliability of proposed numerical analysis. As a result of two-dimensional chloride diffusion, corrosion-free life of concrete structure for railway is estimated using probability of corrosion initiation. In addition, monographs that produces transformed diffusion coefficient and corrosion-free life of concrete structure are made for maintenance purpose.
Park, Jae-Im;Bae, Su-Ho;Lee, Kwang-Myong;Kim, Jee-Sang;Cha, Soo-Won
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.573-576
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2006
To predict service life of concrete structures exposed to chloride attack, surface chloride concentration, diffusion coefficient of chloride ion, and chloride corrosion threshold value in concrete, are used as important factors. of these, as the diffusion coefficient of chloride ion for concrete is strongly influenced by concrete quality and environmental conditions of structures and may significantly change the service life of structures, it is considered as the most important factor for service life prediction. The qualitative factors affecting the penetration and diffusion of chloride ion into concrete are water-binder(W/B) ratio, age, cement type and constituents, chloride ion concentration of given environment, wet and dry conditions, etc. In this paper the influence of cement type on the diffusion characteristics of chloride ion in concrete was investigated through the chloride ion diffusion test. For this purpose, the diffusion characteristics in concrete with cement type such as ordinary portland cement(OPC), binary blended cement(BBC), and ternary blended cement(TBC) were estimated for the concrete with W/B ratios of 32% and 38%, respectively. It was observed from the test that the difussion characteristics of BBC containing OPC and ground granulated blast-furnace slag was found to be most excellent of the cement type used in this study.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05b
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pp.489-492
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2006
A chloride is an important deteriorating factor which governs the durability of the reinforced-concrete structures under marine environments. Also, the main penetration mechanism of chloride ion into concrete is a diffusion phenomenon and numerous methods have been proposed to determine the diffusion coefficient of chloride ion quickly. In this study, electrically accelerated experiments were carried out in order to evaluate diffusion coefficient of the chloride ion into concrete. The methods were diffusion cell test method in which the voltage of 15V(DC) was applied. The type of cement is blended cement in which the admixtures of blast-furnace slag and fly ash were used. In conclusion, the diffusion coefficient of chloride ion is much affected according to mineral admixtures and the diffusion coefficient of ternary blended cement showed very low values. it is presumably said that this result is due to highly densified pore structures by the aid of slag substitution and pozzolanic activity of fly ash.
The paper considers a theoretical model to study sulfate ion diffusion in saturated porous media - cement based mineral composites, accounting for simultaneous effects, such as filling micro-capillaries (pores) with ions and chemical products and liquid push out of them. Pore volume change and its effect on the distribution of ion concentration within the specimen are investigated. Relations for the distribution of the capillary relative radius and volume within the composite under consideration are found. The numerical algorithm used is further completed to consider capillary size change and the effects accompanying sulfate ion diffusion. Ion distribution within the cross section and volume of specimens fabricated from mineral composites is numerically studied, accounting for the change of material capillary size and volume. Characteristic cases of 2D and 3D diffusion are analyzed. The results found can be used to both assess the sulfate corrosion in saturated systems and predict changes occurring in the pore structure of the composite as a result of sulfate ion diffusion.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.705-710
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2003
In this study, to confirm the diffusion coefficient of chloride ion is affected by the concentration of NaCl solution, capacity of voltage, time of an electric current, the diffusion coefficient of chloride ion in concrete was investigated through an electrochemical accelerated test. and the results of these test were compared with the diffusion coefficient of chloride ion by test of sodium chloride solution digestion. As the results of this study, the diffusion coefficient of chloride ion wasn't affected by the concentration of NaCl solution, capacity of voltage, time of an electric current within the range of this study and was similar to the diffusion coefficient of chloride ion by test of sodium chloride solution digestion.
We studied the critical pressure characteristics of an anode type ion beam source driven by both charge repulsion and diffusion mechanism. The critical pressure $P_{crit}$ of the diffusion type ion beam source was linearly decreased from 2.5 mTorr to 0.5 mTorr when the gas injection was varied in 3~10 sccm, while the $P_{crit}$ of the charge repulsion ion beam source was remained at 3.5 mTorr. At the gas injection of 10 sccm, the range of having normal beam shape in the charge repulsion ion beam source was about 6.4 times wider than that in the diffusion type ion beam source. An impurity of Fe 2p (KE = 776.68 eV) of 12.88 at. % was observed from the glass surface treated with the abnormal beam of the charge repulsion type ion beam source. The body temperature of the diffusion type ion beam source was observed to increase rapidly at the rate of $1.9^{\circ}C/min$ for 30 minutes and to vary slowly at the rate of $0.1^{\circ}C/min$ for 200 minutes for an abnormal beam and normal beam, respectively.
The outward diffusion of $Na^+$ ions in iron-bearing soda lime silicate glass via oxidation heat treatment before the ion exchange process is artificially induced in order to increase the amount of ions exchanged during the ion exchange process. The effect of the addition process is analyzed through measuring the bending strength, the weight change, and the inter-diffusion coefficient after the ion exchange process. The glass strength is increased when the outward diffusion of $Na^+$ ions via oxidation heat treatment before the ion exchange process is added. For the glass subjected to the additional process, the weight change and diffusion depth increase compared with the glass not subjected to the process. The interdiffusion coefficient is also slightly increased as a result of the additional process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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