The corrosion of steel reinforcements in concrete is of much concern in recent years. The mechanism of corrosion, however, is not clear yet. This study is focused on the corrosion of steel induced by internal chlorides in concrete at early ages. To examine the critical concentration of steel, half-cell potential, chemical composition of expressed pore solutions of mortars and rate of corrosion area were observed with respect to additions of chlorides, types of binders, water-binders ratio.
The corrosion of steel reinforcements in concrete is of great concern in recent years. This study is focused on the corrosion behavior of steel bars induced by internal chlorides in concrete at early ages. The main objective of this study is to determine the chloride thresholds causing depassivation and active corrosion of steel reinforcement in concrete. To examine the threshold concentration of chloride ion, the half-cell potential, chemical composition of expressed pore solutions of concrete and the rate of corosion area of the specimens were measured. Major variables include the added amount of chlorides in concrete, types of binders, and water-to-binder ration. From the present comprehensive experimental results, the factors influencing chloride-induced corrosion are investigated, and the chloride thresholds causing active corrosion of steel bars are proposed. The present study will enable to specify the realistic chloride limit in concrete which can be used in the future technical specification.
Chloride induced corrosion of steel reinforcement inside concrete is a major concern for concrete structures exposed to a marine environment. It is well known that transport of chloride ions in concrete occurs mainly through ionic/molecular diffusion, as a gradient of chloride concentration in the concrete pore solution is set. In the process of chloride transport, a portion of chlorides are bound in cement matrix then to be removed in the pore solution, and thus only the rest of chlorides which are not bound (i.e. free chlorides) leads the ingress of chlorides. However, since the measurement of free/bound chloride content is much susceptible to environmental conditions, chloride profiles expressed in total chlorides are evaluated to use in many studies In this study, the capacity of chloride binding in cement matrix was monitored for 150 days and then quantified using the Langmuir isotherm to determine the portions of free chlorides and bound chlorides at given total chlorides and the redistribution of free chlorides. Then, the diffusion of chloride ion in concrete was modeled by considering the binding capacity for the prediction of chloride profiles with the redistribution. The predicted chloride profiles were compared to those obtained from conventional model. It was found that the prediction of chloride profiles obtained by the model has shown slower diffusion than those by the conventional ones. This reflects that the prediction by total chloride may overestimate the ingress of chlorides by neglecting the redistribution of free chlorides caused by the binding capacity of cement matrix. From the evaluation, it is also shown that the service life prediction using the free chloride redistribution model needs different expression for the chloride threshold level which is expressed by the total chlorides in the conventional diffusion model.
The high alkaline property in the concrete pore solution protects the embedded steel in concrete from corrosion due to aggressive ions attack. However, a continuous supply of those ions, in particular, chlorides altogether with a pH fall in electrochemical reaction on the steel surface eventually depassivate the steel to corrode. To mitigate chloride-induced corrosion in concrete structures, finely grained mineral admixtures, for example, pulverized fuel ash (PFA), ground granulated blast furnace slag (GGBS) and silica fume (SF) have been often advised to replace ordinary Portland cement (OPC) partially as binder. A consistent assessment of those partial replacements has been rarely performed with respect to the resistance of each binder to corrosion, although the studies for each binder were extensively looked into in a way of measuring the corrosion rate, influence of microstructure or chemistry of chlorides ions with cement hydrations. The paper studies the behavior of steel corrosion, chloride transport, pore structure and buffering capacity of those cementitious binders. The corrosion rate of steel in mortars of OPC, 30% PFA, 60% GGBS and 10% SF respectively, with chloride in cast ranging from 0.0 to 3.0% by weight of binder was measured at 7, 28 and 150 days to determine the chloride threshold level and the rate of corrosion propagation, using the anodic polarization technique. Mercury intrusion porosimetry was also applied to cement pastes of each binder at 7 and 28 days to ensure the development of pore structure. Finally, the release rate of bound chlorides (i.e. buffering capacity) was measured at 150 days. The chloride threshold level was determined assuming that the corrosion rate is beyond 1-2 mA/$m^3$ at corrosion and the order of the level was OPC > 10% SF > 60% GGBS > 30% PFA. Mercury intrusion porosimetry showed that 10% SF paste produced the most dense pore structure, followed by 60% GGBS, 30% PFA and OPC pastes, respectively. It was found that OPC itself is beneficial in resisting to corrosion initiation, but use of pozzolanic materials as binders shows more resistance to chloride transport into concrete, thus delay the onset of corrosion.
For durability design to protect against chloride-induced corrosion, it is important to estimate the amount of chlorides on the surface. However, it is difficult to estimate the airborne chlorides, a boundary condition, due to the difference between the amount of chlorides attached to a surface of an actual structure and that in the air. Therefore, in this study the attachment rate analysis of airborne chlorides was evaluated for 13 types of finish materials. As a result, despite differences in the amount of airborne chlorides according to the finishing type, it was found that 60 percent of airborne chlorides were attached to mortar, 30 percent were attached to steel, and 25 percent were attached to tiles compared with the amount of chlorides in the air.
Chloride induced reinforcement corrosion is widely accepted to be the most frequent mechanism causing premature degradation of reinforced concrete members, whose economic and social consequences are growing up continuously. Prevention of these phenomena has a great importance in structural design, and modern Codes and Standards impose prescriptions concerning design details and concrete mix proportion for structures exposed to different external aggressive conditions, grouped in environmental classes. This paper focuses on reinforced concrete column section load carrying capacity degradation over time due to chloride induced steel pitting corrosion. The structural element is considered to be exposed to marine environment and the effects of corrosion are described by the time degradation of the axial-bending interaction diagram. Because chlorides ingress and consequent pitting corrosion propagation are both time-dependent mechanisms, the study adopts a time-variant predictive approach to evaluate residual strength of corroded reinforced concrete columns at different lifetimes. Corrosion initiation and propagation process is modelled by taking into account all the parameters, such as external environmental conditions, concrete mix proportion, concrete cover and so on, which influence the time evolution of the corrosion phenomenon and its effects on the residual strength of reinforced concrete columns sections.
The induced chemical and salt solution in water or admixture are originated to the corrosion process of the steeo rebar. These liquids penetrate into concrete as the accompanied by the chemical reaction and cause to attack the steel rebar in concrete. Concrete surfaces which it exposed to deicing, water and sea water is allowed to enter the chlorides in the structures. To prevent from the source of corrosion and deterioration Is subjected to put an end to corrode or reduce to contaminate on the steel rebar. As this reason the MCI 2022 products are applied to the surface of concrete and steel rebar. The concrete samples were made of to the kind of four, i.e. RF, MR, MS, and MM. Corrosion inhibitor is applied to coat on the surface of concrete after it had been cured for 28days. Specimen were immersed in a 3.5% sodium chloride solution. Concrete specimen were tested to determine the changes of the resistance polarization, Rp, over a 22 weeks period. MCI 2022 is significantly shown the corrosion inhibition of steel rebar in 3.5% NaCl solution. In the each different concrete sample, MS and MM is seemed to be better than others. The results are proofed that MCI 2022 is promised to maintain the inhibition of corrosion with high resistance polarization of the steel rebar in concrete.
While recognizing the problem of reinforcement corrosion and premature structural deterioration of reinforced concrete (RC) structures as a combined effect of mechanical and environmental actions (carbonation, ingress of chlorides), emphasis is given on the effect of the latter, as most severe and unpredictable action. In this study, a simulation tool, based on proven predictive models utilizing principles of chemical and material engineering, for the estimation of concrete service life is applied on an existing reinforced concrete bridge (${\O}$resund Link) located in a chloride environment. After a brief introduction to the structure of the models used, emphasis is given on the physicochemical processes in concrete leading to chloride induced corrosion of the embedded reinforcement. By taking under consideration the concrete, structural and environmental properties of the bridge investigated, an accurate prediction of its service life is taking place. It was observed that the proposed, and already used, relationship of service lifetime- cover is almost identical with a mean line between the lines derived from the minimum and maximum critical values considered for corrosion initiation. Thus, an excellent agreement with the project specifications is observed despite the different ways used to approach the problem. Furthermore, different scenarios of concrete cover failure, in the case when a coating is utilized, and extreme deicing salts attack are also investigated.
A comparative study of airborne salinity and sea wind was done for a coastal area, Sokcho city, of East Sea in Kangwon province, Korea. In this study, a relationship between the formation of airborne salinity and wind velocity was investigated, and then the airborne salinity was simulated and forecasted by the obtained wind-salinity characteristics. It is founded that most airborne salinity is brought by sea winds with the occurrence of velocity, higher than and equal to 4m/s, while the occurrence of lower wind velocities (ie., lower than 4m/s) in sea wind and the occurrence of inland wind give diluted effects on the airborne transfer. By using these characteristics and a proposed linear equation model, the salinity in Sokcho city is successfully simulated and forecasted. It is expected that the linear equation model may be useful for durability design of concrete structures under the conditions of chloride attack, induced by the airborne salinity.
콘크리트 내 철근부식상에 있어 염화물이온의 중요성은 임계염화물농도 (CTL)로서 나타내어진다. CTL은 철근을 둘러싼 부동태피막의 파괴를 유지하게끔 하는데 필요한 염화물량으로 정의되며 염화물량이 CTL에 도달할 경우 철근의 부식은 시작된다. CTL의 중요성에도 불구하고 기존의 콘크리트 구조물의 내구수명 예측을 위한 염화물량은 1 $m^3$의 단위체적당 1.2 kg 혹은 시멘트 중량당 0.4%로서 제시되고 있으며 이는 염해부식환경하의 다양한 환경 인자에 따른 한계치 설정에 대한 불확실성을 고려하지 않은 값이라 할 수 있다. 본 논문에서는 부식개시의 지표로서 결합재의 특성에 따른 부식저항성 및 부식진전에 따른 비율에 대하여 실험연구를 수행하였다. 실험시편으로는 직경 10 mm의 원형 철근을 모르타르 내 몰드에 삽입하여 OPC와 40%OPC+60%GGBS, 70%OPC+30%PFA 및 90%OPC+10%의 SF을 치환한 시편에 대하여 W/C=0.4의 조건으로서 실험을 수행하였다. 각 시편에는 다시 10단계 (0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 and 3.0% by weight of binder)의 내재염분 농도조건을 부여하여 부식전류를 측정하였다. 시편은 28일 양생을 하였으며 수분손실 및 염분손실을 방지하고자 폴리에틸렌 필름을 이용한 도포양생을 수행하였다. 선형분극저항 측정법에 의한 실험결과로서 각 결합재 치환률에 따른 부식임계치가 결정되었다. 또한 OPC, 60%GGBS, 30%PFA 및 10%SF의 혼입치환률을 적용한 시멘트 모르타르의 CTL 값은 시멘트 중량당 1.6%, 0.45%, 0.8% 및 2.15%의 총염화물 농도로 나타나고 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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