Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

12
1 Annual Concrete Seminar 2005 Annual Concrete Seminar 2005 1 Annual Concrete Seminar 2005 Annual Concrete Seminar 2005 2 ! ! "! "! "! "! Annual Concrete Seminar 2005 Annual Concrete Seminar 2005 3 # ! # ! $ $ % % " " $ $ % % ! ! Annual Concrete Seminar 2005 Annual Concrete Seminar 2005 4 Concrete Deterioration Concrete Deterioration Physical Physical Deterioration Deterioration Chemical Chemical Deterioration Deterioration Reinforcement Reinforcement Corrosion Corrosion Carbonation Carbonation Chlorides Chlorides Annual Concrete Seminar 2005 Annual Concrete Seminar 2005 5 & & ’() ’() * * + ( + ( * * ( ( , , + + * * ( ( ! ! ! " ! " " " ! ! ! ! - ! - ! Annual Concrete Seminar 2005 Annual Concrete Seminar 2005 6 & & !. !. * * (+( (+( * * /( /( , , % % + + + + ( ( , , % % /( /( , , * * % % + + + + !* !* ’() ’() * * + * + * + + + ( + ( , , * * % % /( /( , , +* +* * * ( ( ! ! # # /0" /0" .1 * .1 *

Transcript of Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

Page 1: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

1

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 11

����������������� ������������������ �

������������������������������������������

��������������������

��������������������

������������������������������������������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 22

���������������������������������������������������������������������� ������� ��� !���������� ������������ ������� ��� !���������� ��������������� ������ �� ���� �� ��� ���������� ����� ������ �� ���� �� ��� ���������� ���"!���� �����"!��� ��"!���� �����"!��� �

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 33

������������������������������������������������������������

�� #�����������!��������� ��������#�����������!��������� �������� ����������������������������������� �����������������������������������

�� $���������� ��������������$���������� ��������������%% �"�������"������

�� $������������� ���������������$������������� ���������������%% ����������������

�� ���������������� � ������������������������� � ������������������!�����������������!��������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 44

��������������������

Concrete DeteriorationConcrete Deterioration

Physical Physical DeteriorationDeterioration

ChemicalChemicalDeteriorationDeterioration

ReinforcementReinforcementCorrosionCorrosion

CarbonationCarbonation ChloridesChlorides

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 55

&���������������������&���������������������

��'(�)��'(�)**+�(+�(** �� ���(���(,, +�+�**((

���������!������������������������������!������������������������ ��������!����������� ��"� ��� ��� ��������!����������� ��"� ��� ������������ ��"� ��������� �������������� ��"� ��������� ���������� ����������!����!����������������� ����������!����!������������������������������ ��������������������������� ����������� ����-�������� �������!������������� ����-�������� �������!��������������������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 66

&���������������������&���������������������

�� ���!.���!. ��**(+�((+�(**/��(/��(,,%% +�+�++

��(��(,,%% /�(/�(,,

**%% +�+�++

�� ���!*���!* ��'(�)��'(�)** +*�+*�++ +�(+�(,,**%%

/���(/���(,, +*�+*�**((

�� ��������������������������!�����������������������������������!������������ �������� ������������� ��������������������������������������

�� ����������������������#���#���/0"����/0"����.1*.1*

Page 2: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

2

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 77

����������������������

��� �����!����� ������ ��"� � ���������� �����!����� ������ ��"� � ����������������� ��� ���������������!�������������� ��� ���������������!������ ������������������������0��!����2�� ������������������������0��!����2�����0���������������������� �������������0���������������������� ��������.3������ 4�.3������ 4�

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 88

5��������������������������5��������������������������

�� ���� ������� ���%% � �����63� �����63%%738738�� �� ��2��������� ������ ��2��������� ����

�� ������ �������������(������ �������������(** �������� ��������

�� ���!����������!�������%% ��������� ���������������������������������

�� ����������������(����������������(** ����������!��������������!������ 9�������3�3,8���������������������9�������3�3,8���������������������

�� ��������������2 ������������������� ��������������2 ������������������� ����������������������������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 99

�������&���� �������&����

��� ����������� �� ����������� �!�� ��������!�����!���������������� �������� ������!����������� ������������!���������������������������� ��� ����������� ������ � ����������� ��� ��������� �������� �� ��� �� ������������ ���� ��� ����������� ��������2������ � ������� ���� ��� ���0��� ��������������������:����������� �!���!�� ���������� ��3�6����� �� � ������� ��� �����0� ����

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 1010

Samples sprayed with phenolphthalein solution

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 1111

��&��������&��������%% !�����!��������������������� !�����!���������������������

������ ���������� ��� 1���� �� ���������������� ��� 1���� �� ������'!�����!����������������)���������� ���'!�����!����������������)���������� �������������� �!�� �� �� ��!������ �������������� �!�� �� �� ��!������ ��� �!���� �������!��������4� �!���� �������!��������4�

$� �� ������ ��� ���� ��� �� ���� ���$� �� ������ ��� ���� ��� �� ���� ������������ ����� ����� ��� ������������ ����� ����� ��� �������������� ����������� ��������2 ������������ ����������2 ������������ ����0��������0������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 1212

����������������������

�������"�����!����������������� ;��������"�����!����������������� ;��� �������!� �������!� ���������������� ������ ���������������� ������ �����!�����!�������������!�����!�������� �� ������������� �������������� ���������� ����������� ��"� ���� ���������� ����������� ��"� ����� ���������� �!������������������ ���������� �!��������������������� ����� ��������� ����� ��!�����!��������!�����!���������� �������� ������

Page 3: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

3

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 1313

5�$#5�$#–– $���������:!!�����$���������:!!�����

5�5�%%$#�!��������!� ���!� ����� �������$#�!��������!� ���!� ����� ������� ������������������������������������� �����������������������������������������!��������� �!�������������<�������!��������� �!�������������<������ $#��� $#%%����� !����� ������� ��� ���!��2����� !����� ������� ��� ���!��2���� ���������� ����! ��������� �� ������� ���������� ����! ��������� �� ����������������� �����!���� ���-������� ���������������� �����!���� ���-������� ����� ������� ����������������������������� ������� ���������������������������!��������!�������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 1414

=-��!����=-��!����5�5�%%$#$#

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 1515

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

30.0

40

50

60

70

80

90

100

110

120

131.4

cm-1

%T

����������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 1616

CCarbonationarbonation -- transformation of the transformation of the C=O bonds of COC=O bonds of CO22 to the formation of to the formation of CC––O bonds in the CaCOO bonds in the CaCO33. .

TThe three Che three C––O bonds in the inorganic O bonds in the inorganic carbonate of the CaCOcarbonate of the CaCO33 are arranged in are arranged in a a trigonaltrigonal planar pattern. planar pattern.

TThe characteristic peak of the Che characteristic peak of the C––O O functional group in the wave number functional group in the wave number range of 1410range of 1410––1510 cm1510 cm>>11 waswas used to used to identify carbonation in a complex identify carbonation in a complex concrete composite.concrete composite.

�?+

(*%

��*+

����������������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 1717

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

30.0

40

50

60

70

80

90

100

110

120

131.4

cm-1

%T

���[email protected]���[email protected]

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 1818

�� !�� ���� � ������!�� ���� � ������������ ����������� ���� ����������� ������������� �!������������� �!��

�� !���� ��� � ���������� ���� ��� �����!���� ��� � ���������� ���� ��� �����%%�"����������"���������

�� ���������� ��� ��������� �� ��������������������� ��� ��������� �� �������������������������������������� ���������������������������� �

�� ���������������������������!������������������������������������!�����������������������������������������������

$#�!��������������$#�!��������������

Page 4: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

4

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 1919

����!����������!�������� ��� ��� � ��� ������� �� ������� ������ �� ���� ��� � ��� ������� �� ������� ������ �� ��� �!���������������� �!����������������

�� ������������"��":2A�� � ���:2A�� � ��� 1� 1���������3�,B2��������3�,B23�?C�� 3�6?3�?C�� 3�6?

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 2020

5��������� �5��������� �DD

�� B���������.33�������B���������.33��������� ��

�� B�������.33B�������.33ΦΦEE*33����������� ���*33����������� ���

�� ����� �� ������*7����� �� ������*7FF,,GG��

�� ������ *B ���2 ��� ����� ��� ��� ����� ��� �!�"����� *B ���2 ��� ����� ��� ��� ����� ��� �!�"��������������������������� ��"� ����� ���� �������������������������������� ��"� ����� ���� �������������������������� ��� ���������!���������������������� ��� ���������!��

�� �����!������� ������������� ����������� ����������!������� ������������� ����������� ���������������������������������!�������������������������������������������������!������������������������������� ��"� � �� ���������� ��0�!� �� *8 �� �������� ��"� � �� ���������� ��0�!� �� *8 �� ���������� ��0�� ��� �!������� ������� ������ ���������� ��0�� ��� �!������� ������� ������ ��"� ������;��� ��"� ������;���

��������� ���������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 2121

�� �� ���!��� ��� ��0�� ���� ����� �� ���!��� ��� ��0�� ���� �������� ���� �!�����32.�62,�32?�62C�32����� ���� �!�����32.�62,�32?�62C�32B�32.3�32.*�32.?�32.7�32*3�32�� ,3B�32.3�32.*�32.?�32.7�32*3�32�� ,3��33�� ������� ���� ��� �������� ��� $#�� ������� ���� ��� �������� ��� $#�!������ �� ���� !� �� ���!�� ���!������ �� ���� !� �� ���!�� ����"� �����"� ����A��A� �����!��!��������.D.3�����!��!��������.D.3�� ���������� -����������� ����������� ���� ���������� -����������� ����������� ������������� �!�������������� �!���

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 2222

����������� �!�� �������� �����5�%$#

'������� ��������2 1�/3�6?)

�� �����������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 2323

����������� �!�� �������� �����5�%$#

'������� ��������2 1�/3�6?)

��� �����������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 2424

����������� �!�� �������� �����5�%$#

'������� ��������2 1�/3�6?)

��� �����������������

Page 5: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

5

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 2525

����������� �!�� �������� �����5�%$#

' �������� ��������2 1�/3�6?)

�� �����������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 2626

����������� �!�� �������� �����5�%$#

' �������� ��������2 1�/3�6?)

��� �����������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 2727

����������� �!�� �������� �����5�%$#

' �������� ��������2 1�/3�6?)

��� �����������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 2828

����!��������!������������!��������15�$#������!��������15�$#'' ���� ����))

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 2929

����!��������!������������!��������15�$#������!��������15�$#''������))

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 3030

����������� �!���������� ������������������ �!���������� �������

HH!�����!����������������!�����!����������������II

Page 6: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

6

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 3131

����������� �!���������� ������������������ �!���������� �������

HH5�5�%%$#�!������$#�!������II

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 3232

���!�����������������������������������!��������������������������������

[1] Roy SK, Poh KB, Northwood DO. Durability of concrete accelerated carbonation and weathering studies. Building and Environment 1999;34:597–606.

[2] Roy SK, Northwood DO, Poh KB. E!ect of plastering on the carbonation of a 19 year old reinforced concrete building. Construction andBuilding Materials 1996;10(4):267–72.

[3] Balayssac JP, Detriche ChH, Grandet J. E!ect of curing upon carbonation of concrete. Construction and Building Materials 1995;9(2):91–5.

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 3333

�����������'43 ��������������'43 �������������� �!������������� �!��))

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 3434

����������� ������������������������������������ �������������������������

!�����!���������� �������� $#�!��������������!�����!���������� �������� $#�!��������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 3535

����������� �!�� �� �� �� �� $#�!��������!�� ���� ��� �� �������� ����������� ��� ���������� �� �–(�������������� !��0� �������� �� ������0����� ����� �� ��� ������ .?.6�$#�!���������� ����� ���� ���������� ������� ��� �� ������������ ������������� �����!�����!�������� ��������� ��� ��������������������������� ��$#�!������ �������� �� *,�48 ������ ���� ���� ������� ��������!�����!���������� �������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 3636

�(�� ��� ������������ ����5�%$#�!������ �������� !���� �� ������� ���� ��� !���� ��� ����� ������� �� ����������� ��������������������

� ���!��� ��� ����������� ��������� ������!�������� �� ������2����� 5�%$# �������� �� �������������

Page 7: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

7

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 3737

Concrete & Steel Corrosion

Carbonation

Others than sea watere. g. de-icing salts

ChloridesChlorides

Sea water

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 3838

5��������������������� ������05��������������������� ������0

�� ��������������������� ����������������������� ��%% ��������� ������������ ��������������� ��������� ����������������� ��������� �����'���� ������� ���3�.�� 3�?8)'���� ������� ���3�.�� 3�?8)

�� ���� ���2��������� �������� ��������� ���2��������� �������� �����

�� ���!����������!�������%% ����������������� �����������������

�� ��������!������������� ������ ���������!������������� ������ ���� �����!�����2��������������� ��� �����!�����2��������������� ��!���!�

�� �5:�� �5:�� �5�5 ������!������������ � ������!������������ ���������������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 3939

������������� ����� ��������������������� ����� ��������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 4040

��!�����������!��������� ����������

Coe

ffC

oeff

of c

hlor

ide

diff

usio

n (c

mof

chl

orid

e di

ffus

ion

(cm

22 ss-- 11

x 10

x 10

-- 99))

3030

6060

003030 5050 7070

Strength (Strength (MMPPaa))

OPC

PFA 30%

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 4141

������������������ ������������������� ����� ��� ���������� ��� ��������

�� :�� �#�������:�� �#�������

5�5�–– **�� �� 5�5�*+*+�� ����� �#������������ �#�������

*�*�**(+((+(** +?+?�� �� ?(�?(�%%

��� ����� ��

��� ���

��� �������� � ����� �

�� �

�� ��!��"

��� ������

���

������ ���

������

5�5�*+*+ +*��+*��%% �� 5���5���**

5���5���** +*�+*�**((�� 5�'(�)5�'(�)** +*���+*���

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 4242

��������������� ����������������� ��

�� ������� ������ ����������� ������ ����

�� 5��� �5��� �%%��������������������

�� 5������������� �� �� ����������5������������� �� �� ����������

�� 5���������������'������ �5���������������'������ �%%���� ���� � ��"������� !�������� )� ��"������� !�������� )

Page 8: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

8

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 4343

5��������������������� ������05��������������������� ������0

�� ��������������������� ����������������������� ��%% ��������� ������������ ��������������� ��������� ����������������� ��������� �����'���� ������� ���3�.�� 3�?8)'���� ������� ���3�.�� 3�?8)

�� ���� ���2��������� �������� ��������� ���2��������� �������� �����

�� ���!����������!�������%% ����������������� �����������������

�� ��������!������������� ������ ���������!������������� ������ ���� �����!�����2��������������� ��� �����!�����2��������������� ��!���!��� �5:�� �5:�� �5�5 ������!������������ �������� ������!������������ ��������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 4444

#�����������$������������������ �$���%����������������������������

#���D9������:�&�2 ���!����������������',� � �)2.4B.

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 4545

#�����������$������������������ ���������������������������������

#���D9������:�&�2 ���!����������������',� � �)2.4B.

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 4646

����!����������!������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 4747

�� ����!������������*B ��� ������ ���� � �����!������������*B ��� ������ ���� � �!����!����

�� ��� �������� ������� �� �������� ����� �� ����� �������� ������� �� �������� ����� �� ������� �� �!�"� �� ���� ��� �������� ������� �� �!�"� �� ���� ��� �������� �������� ����������������������������� �����������������������

�� ��������� ��� ������0� �� ������������������������ ��� ������0� �� ���������������������������� � ��������������������� � ��������

�� :����������2�!������� �����0���������:����������2�!������� �����0�������������������������� ��� ���*?���������������������������� ��� ���*?��������������!������� �� ���� ���� ��� ������� �� ������!������� �� ���� ���� ��� ������� �� ����!������� ��������� �������������������!������� ��������� ������������������������������������������

�� ������������������������������������������� ��������������� :�9(:�9(,, �����������������!������� �����0���� ����������������� ��!������� �����0���� ����������������� �������� �� �������� �!�� �� ��� ��"����������� �� �������� �!�� �� ��� ��"���� �!����!����������� �!����!�����������

C3 ���!�� �������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 4848

Page 9: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

9

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 4949

������������� ������������������� ������

'A�'A������������������������������������������)�������������)

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 5050

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 5151

A�:�9(, ���������!�������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 5252

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 5353

��!���������� ��������������&.2&*�� &, �� ��:�������������*&�����

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 5454

��!���������� ��������������&?2&6�� &C�� ��:�������������*&�����

Page 10: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

10

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 5555

��!���������� ��������������&*�� ��:���������� <���������������*&�����

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 5656

���!����������!���������� ������������A�� ���&.�� &?�� ��:�������������.&�����

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 5757

��!���������� ��������������&,�� ��:�������������.�� *&�����$��������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 5858

������ ��������!�������'�����������������������������)

��� *%����������� � �������!���������� ��� � ������� ����������� ���������������� ��������������������3�.8���������������:����;������� ������ �� ����������������� �������� �!����!������������3�.8������

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 5959

������ ��������!�������'�����������������������������)

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 6060

Page 11: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

11

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 6161 Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 6262

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 6363 Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 6464

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 6565 Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 6666

Page 12: Carbonation Chloride Penetration of Concrete Structures

12

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 6767 Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 6868

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 6969

4000.0 3000 2000 1500 1000 400.0

30.0

40

50

60

70

80

90

100

110

120

131.4

cm-1

%T

5�$#5�$#–– ������ �!����������J������ �!����������J

Annual Concrete Seminar 2005Annual Concrete Seminar 2005 7070

����0K��L����0K��L