Tran, Van Mien;Nawa, Toyoharu;Stitmannaithum, Boonchai
Computers and Concrete
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제13권6호
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pp.695-707
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2014
This study investigated the chloride binding isotherms of various cement types, especially the contributions of C-S-H and AFm hydrates to the chloride binding isotherms were determined. Ordinary Portland cement (OPC), Modified cement (MC), Rapid-hardening Portland cement (RHC) and Low-heat Portland cement (LHC) were used. The total chloride contents and free chloride contents were analyzed by ASTM. The contents of C-S-H, AFm hydrates and Friedel's salt were determined by X-ray diffraction Rietveld (XRD Rietveld) analysis. The results showed that OPC had the highest chloride binding capacity, and, LHC had the lowest binding capacity of chloride ions. MC and RHC had very similar capacities to bind chloride ions. Experimental equations which distinguish the chemically bound chloride and physically bound chloride were formulated to determine amounts of the bound chloride basing on chloride binding capacity of hydrates.
Over the past few decades, a considerable number of studies on the durability of concrete have been carried out extensively. A lot of improvements have been achieved especially in modeling of ionic flows. However, the majority of these researches have not dealt with the chloride binding isotherm based on the mechanism, although chloride binding capacity can significantly impact on the total service life of concrete under marine environment. The purpose of this study is to develop the model of chloride binding isotherm based on the individual mechanism. It is well known that chlorides ions in concrete can be present; free chlorides dissolved in the pore solution, chemical bound chlorides reacted with the hydration compounds of cement, and physical bound attracted to the surface of C-S-H grains. First, sub-model for water soluble chloride content is suggested as a function of pore solution and degree of saturation. Second, chemical model is suggested separately to estimate the response of binding capacity due to C-S-H and Friedel's salt. Finally, physical bound chloride content is estimated to consider a surface area of C-S-H nano-grains and the distance limited by the Van der Waals force. The new model of chloride binding isotherm suggested in this study is based on their intrinsic binding mechanisms and hydration reaction of concrete. Accordingly, it is possible to characterize chloride binding isotherm at the arbitrary stage of hydration time and arbitrary location from the surface of concrete. Comparative study with experimental data of published literature is accomplished to validity this model.
This paper researches the Chloride Binding of Cement Paste according to the Ca/Si and Ca/Al Ratio. The mechanisms of chloride ion binding are not completely known, although it is believed that Alumina contents in cementitious system have an important role. For changing cement paste composition, Ordinary Portland Cement(OPC) paste is substituted by Granulated Ground Blast Slag(GGBS). With increasing the ratio of GGBS substitution(Thus alumina contents is increasing), The chloride binding capacity has a tendency to increase of binding chloride ion capacity.
Ye, Hailong;Jin, Xianyu;Chen, Wei;Fu, Chuanqing;Jin, Nanguo
Computers and Concrete
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제17권5호
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pp.655-672
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2016
A predictive model for chloride binding isotherms of blended cements with various supplementary cementitious materials (SCMs) was established in this work. Totally 560 data points regarding the chloride binding isotherms of 106 various cements were collected from literature. The total amount of bound chloride for each mixture was expressed a combinational function of the predicted phase assemblage and binding isotherms of various hydrated phases. New quantitative expressions regarding the chloride binding isotherms of calcium-silicate-hydrate (C-S-H), AFm, and hydrotalcite phases were provided. New insights about the roles of SCMs on binding capabilities of ordinary portland cements (OPC) were discussed. The proposed model was verified using separate data from different sources and was shown to be reasonably accurate.
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.
본 연구에서는 보통포틀랜드시멘트(OPC: ordinary Portland cement), 플라이애쉬(PFA: pulverised fly ash), 고로슬래그미분말(GGBFS: ground granulated blast furnace slag), 실리카퓸(SF: Silica fume)등의 각종 결합재를 적용한 시멘트 페이스트의 염소이온 고정화능력에 관하여 연구하였다. 각각의 사용 시멘트 페이스트는 40%의 물/결합재로 PFA, GGBFS 및 SF 혼화제의 각기 다른 치환률을 갖도록 하였으며 미리 혼합수내에 결합재 중량당 0.1~0.3%의 염소이온을 배합수내에 혼입 포함시켜 배합되어 제조되었다. 염소이온의 측정은 7일간 양생 후 수분 추출 방법을 이용하여 측정하였다. 실험을 통해 염소이온 고정화 능력이 결합재 종류 및 치환률에 의존하고 있음을 확인하였고, 총 염소이온량의 증가는 염소이온 고정화능력을 제한하여 결론적으로 염소이온 고정화를 감소시키고 있음을 보였다. 본 연구에서 최대 30%의 치환율을 가진 PFA와 60%의 치환률을 가진 GGBFS의 경우는 OPC보다 염소이온고정화 능력이 작았으며, SF의 치환률의 증가는 고정화를 감소시키고 있음을 확인하였으며, 이는 포졸란계 재료의 잠재 수화반응 혹은 공극수의 pH 저하등의 이유로 판단된다. 재령 7일에서의 염소이온의 고정화능력은 염해부식에 대한 저항성으로 나타내어지며, 염분을 혼입한 경우의 고정화능력의 순서는 30%PFA > 10%SF > 60%GGBFS > OPC로 나타났다. 더욱이 염소이온의 고정화 거동은 Langmuir isotherm 및 Freundlich isotherm으로 잘 표현될 수 있음을 보였다.
In the present paper, a numerical simulation method based on mesoscopic composite structure of concrete, the truss network model, is developed to evaluate the diffusivity of concrete in order to account for the microstructure of concrete, the binding effect of chloride ions and the chloride concentration dependence. In the model, concrete is described as a three-phase composite, consisting of mortar, coarse aggregates and the interfacial transition zones (ITZs) between them. The advantage of the current model is that it can easily represent the movement of mass (e.g. water or chloride ions) through ITZs or the potential cracks within concrete. An analytical method to estimate the chloride diffusivity of mortar and ITZ, which are both treated as homogenious materials in the model, is introduced in terms of water-to-cement ratio (w/c) and sand volume fraction. Using the newly developed approaches, the effect of cracking of concrete on chloride diffusion is reflected by means of the similar process as that in the test. The results of calculation give close match with experimental observations. Furthermore, with consideration of the binding capacity of chloride ions to cement paste and the concentration dependence for diffusivity, the one-dimensional nonlinear diffusion equation is established, as well as its finite difference form in terms of the truss network model. A series of numerical analysises performed on the model find that the chloride diffusion is substantially influenced by the binding capacity and concentration dependence, which is same as that revealed in some experimental investigations. This indicates the necessity to take into account the binding capacity and chloride concentration dependence in the durability analysis and service life prediction of concrete structures.
The purpose of this paper is to compare free-chloride content with water-soluble chloride in blast furnace cement(BSC) paste. The content of free-chloride in cement paste measured by pore solution analysis and water-soluble chloride measured by ASTM. The result of this study are as follows: 1. The concentration of chloride ion in pore solution of BSC-solidified matrix is almost as low as 43-71% compared to that of OPC-solidified matrix containing the same chloride content in cement paste. 2. The binding capacity of specimens, OPC Pl-P5, are 93.5-77%, but the binding capacity of specimens, BSC Pl-P5 are 97.1-86.1%, which is to be as high as 2-9.1% compared to OPC containing the same chloride content. 3. In terms of water-soluble chloride content in BSC paste are 15-31.7 percent of chloride addition but free-chloride content in pore solution are 2.9-13.9 percent of chloride addition. The free-chloride content in pore solution is 19.3-43.8 percent lower for the water-soluble chloride content in cement paste.
Corrosion of steel reinforcement is the most significant factor of deterioration in reinforced concrete structures. It breaks down the passive film and allows the steel to be corroded severely at a high rate. The main object of this study is to determine the critical chloride ion concentrations in the pore solutions and chloride binding effect of cement pastes. It is found that binding chloride ion ratio of cement is between 0.04% and 0.3% and Cl/OH in pore solution under 0.3.
The chloride ion penetrating into concrete is classified as the fixed chloride ion being bound in reacting to cement hydrate and the free chloride ion having a direct effect on rebar corrosion because being in solution inside porosity of concrete. Therefore, in order to study the diffusion properties of chloride ion, it is needed to evaluate binding chloride ion in concrete. In this study, we tried to give a fundamental information on diffusion of chloride ion in concrete with mineral admixtures through analysis of micro-structure transformations in concrete and effects on binding of chloride ion in cement paste when mixed with fly-ash, blast furnace slag, silica fume etc. which are used to improve durability and permeability of concrete
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[게시일 2004년 10월 1일]
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