عنوان پایان‌نامه
بررسی عوامل موثر بر پیوند یون های کلرید مخلوط های سیمانی جهت تدوین مدل پیش بینی عمر مفید سازه های بتنی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2063;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71920
- تاریخ دفاع
- ۱۹ خرداد ۱۳۹۴
- دانشجو
- علی دوستی
- استاد راهنما
- محمد شکرچی زاده
- چکیده
- خوردگی میلگردهای فولادی در بتن از جمله رایج‌ترین خرابی‌ها در سازه‌های بتن مسلح بوده و یکی از مهمترین مشکلاتی است که مهندسان عمران امروزه در نگهداری سازه‌های بتن مسلح با آن مواجه می‌باشند. در سواحل جنوبی کشور مشکلات موجود در دستیابی بتن با پایایی مناسب و در نتیجه خرابی‌های ناشی از خوردگی میلگردهای فولادی دربتن، سالیانه خسارات مالی زیادی را به اقتصاد کشور تحمیل می‌کند. بنابراین در سال‌های اخیر مطالعاتی گسترده برای حل مشکلات ناشی از آن انجام شده است و این در حالی است که در مملکت ما با وجود دارا بودن خورنده ترین محیط دریایی در دنیا، تحقیقات جامعی در این خصوص صورت نگرفته است. در دهه‌های گذشته مدل‌های بسیاری بر اساس مکانیزم انتشار‌پذیری یونهای کلراید به داخل بتن تهیه شده و از آنها به‌منظور تخمین عمر مفید سازه‌های بتن‌آرمه استفاده می‌شود. DuraPGulf یکی از مدلهایی است که در این زمینه توسط انستیتومصالح ساختمانی به منظور پیش‌بینی عمرمفید سازه‌های بتن‌آرمه در محیط خلیج فارس طراحی شده است. از آنجاییکه یونهای کلراید آزاد موجب خورده شدن آرماتورها خواهند شد، بنابراین پیوند یون¬های کلراید نقش مهمی در نفوذ یون کلراید به داخل بتن و در نتیجه زمان آغاز خوردگی میلگردهای فولادی در بتن خواهند داشت بطوریکه پیوند یون¬های کلراید ( بصورت فیزیکی یا شیمیایی) بخشی از یون¬های کلراید را از سیستم نفوذ به داخل بتن خارج کرده و موجب کاهش گرادیان نفوذ یون کلراید به سمت آرماتورهای فولادی می¬گردد. بنابراین نرخ نفوذ یون کلراید به داخل بتن کاهش یافته و مدت زمانیکه طول خواهد کشید تا غلظت یون کلراید در مجاورت آرماتور به آستانه خوردگی برسد بیشترخواهد شد. بنابراین در نظر گرفتن فرآیند پیوند یون¬های کلراید در مدل¬های تخمین عمر مفید سازه¬ها از درجه اهمیت بالایی برخوردار خواهد بود. نتایج آزمایش¬ها به وضوح نشان داده است که از طرفی افزایش نسبت آب به سیمان واستفاده از پوزولان-های مختلف (غیراز دوده سیلیس) موجب افزایش مقیدسازی یون¬های کلراید واز طرف دیگر افزایش قلیائیت آب حفره¬ای، افزایش دما و مدت زمان عمل آوری موجب کاهش پیوند یون¬های کلراید خواهد شد. همچنین پیوند یون¬های کلراید در حضور یون سولفات داخلی و خارجی کاهش چشمگیری را تجربه نموده است. بر اساس نتایج بدست آمده در این تحقیق برای مخلوط¬های سیمانی رابطه غیرخطی Freundlich و برای آزمونه های بتنی واقع در شرایط محیطی خلیج فارس رابطه خطی بهترین تقریب را برای فرآیند مقیدسازی یون های کلراید بدست خواهد داد. همچنین به منظور محاسبه غلظت یون کلراید مقید با دقت کافی مدلی ارائه شد که بواسطه آن با لحاظ شرایط دمایی، غلظت یون کلراید مقید محاسبه می شود. در انتها مشاهده شد که با درنظر گرفتن مقیدسازی در معادلات نفوذ و انتشار یون کلراید، عمر مفید سازه های بتنی شدیداً افزایش خواهد یافت.
- Abstract
- The corrosion of steel reinforcement initiated by the chloride ion attack to the passive layer of steel is the dominant cause of deterioration of reinforced concrete structures in marine environment. In our country, a significant cost for the repair and other associated issue is annually imposed specially in hot weather areas such as Persian Gulf region. In south of Iran, despite the existing several costal structures which exposed to marine environment; unfortunately there is no extensive research program on mechanism of reinforcement corrosion and deterioration of concrete structures. A challenge for civil engineers is to find preventive solutions, and to be able to estimate the service life of concrete infrastructure. In recent decades, there are some models which developed based on the mechanism of chloride diffusion for estimation of service life. DurapGulf is one of these models for predicting service life of concrete structures placed in Persian Gulf region which is developed by Construction Materials Institute (CMI), university of Tehran. Chloride binding has an important effect on chloride penetration and hence, on the time to corrosion initiation. Chloride binding process removes some part of the chloride ions from the diffusion path and only the free chlorides are likely to ingress further toward the rebar, and hence the time to achieve a threshold level of chloride ions at the steel surface is increased. Additionally, the formation of friedel’s salt modifies the pore structure of the cement paste by decreasing the porosity which results in a decrease of the rate of chloride penetration. Therefore chloride binding has significant implications in the study of the service life of concrete structures. Several parameters are known to affect the binding capacity, including: cement composition specially the C3A and C4AF contents, chloride concentration, water to cementing material ratio (w/cm), curing condition, pH (hydroxyl concentration), temperature, carbonation, sulfate ions, cation associated with chlorides and supplementary cementing materials. Different experimental results showed that by increasing water to cement ratio and use of different pozzolan except of silica fume, chloride binding increases and by increasing OH- concentration or exposure temperature chloride binding decreases. The results also show that sulfate ions have negative effects on chloride binding. In present research the authors believe that, based on the results obtained from equilibrium and leaching method (including ASTM C 1218 & C114) the relationship between free and bound chloride for various type of cementing materials is generally non-linear (described by Freundlich isotherm) and linear respectively. In following the relationship between free and bound chloride for various types of cementing materials was modifies to account for different levels pf exposure temperature.
