Porous materials such as concrete could be subjected to aggressive ions transport. Durability of cement paste is extremely depended on water and ions penetration into its interior sections. These ions transport could lead different damages depending on reactivity of ions, their concentrations and diffusion coefficients. In this paper, chloride diffusion process in cement hydrates is simulated at atomistic scale using molecular dynamics. Most important phase of cement hydrates is calcium silicate hydrate (C-S-H). Tobermorite, one of the most famous crystal analogues of C-S-H, is used as substrate in the simulation model. To conduct simulation, a nanopore is considered in the middle of simulation cell to place water molecules and aggressive ions. Different chloride salts are considered in models to find out which one is better for calculation of the transport properties. Diffusion coefficients of water molecules and chloride ions are calculated and validated with existing analytical and experimental works. There are relatively good agreements among simulation outputs and experimental results.
Kim Dong-Seok;Yoo Jae-Kang;Park Sang-Joon;Won Cheol;Kim Young-Jin
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.5
s.89
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pp.679-686
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2005
The corrosion of reinforcement induced by chloride ingress is the main deterioration cause of coastal reinforced concrete structures. In this paper, an experimental study was executed to investigate the effect of the kinds and replacement ratios of mineral admixtures (fly-ash, ground granulated blast-furnace slag silica fume and meta-kaolin), W/B and curing time on chloride diffusion of concrete by long-time immersion test in chloride solution. According to the result, the use of mineral admixtures was effective in improving the resistant to chloride ingress. The chloride penetration depth and diffusion coefficient were decreased as replacement ratios of mineral admixture were increased. The kind and replacement ratio of the mineral admixture are more important than the W/B in reducing the chloride diffusion of concrete. Chloride binding capacity of mineral admixture, which was sequenced in the order of MK
Recently, the corrosion of reinforced concrete structures has received great attention related with the deterioration of sea-side structures, such as new airport, bridges, and nuclear power plants. In this regards, many studies have been done on the chloride attack in concrete structures. However, those studies were confined mostly to the single deterioration due to chloride only, although actual environment is rather of combined type. The purpose of the present study is, therefore, to explore the influences of carbonation to chloride attack in concrete structures. The test results indicate that the chloride penetration is more pronounced than the case of single chloride attack when the carbonation process is combined with the chloride attack. It is supposed that the chloride ion concentration of carbonation region is higher than the sound region because of the separation of fixed salts. Though the use of fly ash pronounces the chloride ion concentration in surface, amounts of chloride ion penetration into deep region decreases with the use of fly ash. The present study allows more realistic assessment of durability for such concrete structures which are subjected to combined attacks of both chlorides and carbonation but the future studies for combined environment will assure the precise assessment.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.1077-1080
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2008
Material parameters such as surface chloride content, water permeability coefficient, chloride diffusivity and critical chloride content are a substantial key parameter for understanding the durability performance of concrete and its micro-structural densification. Over the past few decades, a considerable number of studies on the durability design for marine concrete structures have been carried out. However, the results are different to each other. In order to establish a consistent durability design system of concrete, it is a precondition to define material parameters, which affect deterioration of concrete due to chloride penetration. Such parameters are surface chloride content, chloride diffusivity, and critical chloride content. Usually these parameters are assumed as temporary constant values or obtained from the experimental results for short term. However, it is necessary to define these parameters reasonably, because these significantly influence the calculation of service life of concrete. In this paper, it is introduced to define material parameters of concrete for chloride diffusion, such as surface chloride content $[Cl]_s$, water permeability coefficient K, chloride diffusivity $D_{Cl}$, critical chloride content $[Cl]_{cr}$. These are expressed as time function considering hydration evolution of hardened cement paste. The definition of the material parameters is a prerequisite to simulate chloride penetration into concrete as time elapsed.
Divsholi, Bahador Sabet;Lim, Tze Yang Darren;Teng, Susanto
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.2
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pp.157-164
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2014
Ground granulated blast-furnace slag (GGBS) is a green construction material used to produce durable concrete. The secondary pozzolanic reactions can result in reduced pore connectivity; therefore, replacing partial amount of Portland cement (PC) with GGBS can significantly reduce the risk of sulfate attack, alkali-silica reactions and chloride penetration. However, it may also reduce the concrete resistance against carbonation. Due to the time consuming process of concrete carbonation, many researchers have used accelerated carbonation test to shorten the experimental time. However, there are always some uncertainties in the accelerated carbonation test results. Most importantly, the moisture content and moisture profile of the concrete before the carbonation test can significantly affect the test results. In this work, more than 200 samples with various water-cementitious material ratios and various replacement percentages of GGBS were cast. The compressive strength, electrical resistivity, chloride permeability and carbonation tests were conducted. The moisture loss and microstructure of concrete were studied. The partial replacement of PC with GGBS produced considerable improvement on various properties of concrete.
Khanzadeh-Moradllo, Mehdi;Meshkini, Mohammad H.;Eslamdoost, Ehsan;Sadati, Seyedhamed;Shekarchi, Mohammad
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.4
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pp.487-498
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2015
A proper initial curing is a very simple and inexpensive alternative to improve concrete cover quality and accordingly extend the service life of reinforced concrete structures exposed to aggressive species. A current study investigates the effect of wet curing duration on chloride penetration in plain and blended cement concretes which subjected to tidal exposure condition in south of Iran for 5 years. The results show that wet curing extension preserves concrete against high rate of chloride penetration at early ages and decreases the difference between initial and long-term diffusion coefficients due to improvement of concrete cover quality. But, as the length of exposure period to marine environment increased the effects of initial wet curing became less pronounced. Furthermore, a relationship is developed between wet curing time and diffusion coefficient at early ages and the effect of curing length on time-to-corrosion initiation of concrete is addressed.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2013.05a
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pp.329-331
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2013
The salt damage resistance of waterproofing membrane was evaluated on the cracked mortar substrate. The types of specimens are urethane, acrylic waterproofing membrane, and no coating mortar substrate. After these specimens were cured by water curing for 4 weeks, they were cured by atmospheric curing at 20±2Co for 8 weeks. The salt water immersion test was carried out by following KS F 2737, and the penetration depth of chloride ion into substrate was measured in 1, 4, 8, and 13 weeks. As a result, in the case of non coating specimen, the chloride ion penetrated within one week. In the coated specimens, a regardless of the membrane type, the chloride ion did not penetrate during 13 weeks-tests on condition that the cracked width of substrate is less than 0.3mm. Also, the penetration speeds of the coated specimens were lower than that of non coating specimen. Therefore, our results reached a conclusion that waterproofing membrane has high salt damage resistance.
Al-Amoudi, Omar S. Baghabra;Ahmad, Shamsad;Khan, Saad M.S.;Maslehuddin, Mohammed
Advances in concrete construction
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v.8
no.2
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pp.119-126
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2019
This paper reports an experimental investigation conducted to evaluate the durability performance of concrete mixtures prepared utilizing blends of Type I Portland cement (OPC) and natural pozzolans (NPs) obtained from three different sources in Saudi Arabia. The control concrete mixture containing OPC alone as the binder and three concrete mixtures incorporating NPs were prepared keeping water/binder ratio of 0.4 (by weight), binder content of $370kg/m^3$, and fine/total aggregate ratio of 0.38 (by weight) invariant. The compressive strength and durability properties that included depth of water penetration, depth of carbonation, chloride diffusion coefficient, and resistance to reinforcement corrosion and sulfate attack were determined. Results of this study indicate that at all ages, the compressive strength of NP-admixed concrete mixtures was slightly less than that of the concrete containing OPC alone. However, the concrete mixtures containing NP exhibited lower depth of water penetration and chloride diffusion coefficient and more resistance to reinforcement corrosion and sulfate attack as compared to OPC. NP-admixed concrete showed relatively more depth of carbonation than OPC when subjected to accelerated carbonation. The results of this investigation indicates the viability of utilizing of Saudi natural pozzolans for improving the durability characteristics of concrete subjected to chloride and sulfate exposures.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2003.11a
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pp.43-48
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2003
This paper investigate that the effect of the concrete containing mineral admixtures(pozzolanic materials such as fly-ash, ground granulated blast-furnace slag, silica fume and meta kaolin) on the resistance properties to chloride ion invasion. The purposed testing procedure was applied to the concrete added mineral admixtures for 3~4 replacement ratios under W/B ratios ranged from 0.40 to 0.55. For the electrical migration test, Tang and Nilsson's method was used to estimate the migration coefficient of chloride ion. As a results, the W/B ratios, kinds of admixture and replacement ratios, water curing periods had a great effect on the migration coefficient of chloride ion, and the optimal replacement ratios of admixture had a limitation for each admixtures. Also, the addition of mineral admixtures by mass(replacement of OPC) enhanced the resistance of the mixture to chloride penetration compared with the plain concrete. The amount of acid soluble chloride ions and water soluble chloride ions were varied with the kinds of mineral admixtures. The compressive strength was shown related to the migration coefficient of chloride ion, the compressive strength increased with the decreasing migration coefficient of chloride ion. Below the 50MPa, the variation of migration coefficient of concrete added mineral admixtures was bigger than plain concrete.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2003.05a
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pp.43-48
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2003
This paper investigate that the effect of the concrete containing mineral admixtures(pozzaolanic materials such as fly-ash, ground granulated blast-furnace slag, silica fume and meta kaolin) on the resistance properties to chloride ion invasion. The purposed testing procedure was applied to the concrete added mineral admixtures for 3∼4 replacement ratios under W/B ratios ranged from 0.40 to 0.55. For the electrical migration test, Tang and Nilsson's method was used to estimate the migration coefficient of chloride ion. As a results, the W/B ratios, kinds of admixture and replacement ratios, water curing periods had a great effect on the migration coefficient of chloride ion, and the optimal replacement ratios of admixture had a limitation for each admixtures. Also, the addition of mineral admixtures by mass(replacement of OPC) enhanced the resistance of the mixture to chloride penetration compared with the plain concrete. The amount of acid soluble chloride ions and water soluble chloride ions were varied with the kinds of mineral admixtures. The compressive strength was shown related to the migration coefficient of chloride ion, the compressive strength increased with the decreasing migration coefficient of chloride ion. Below the 50MPa, the variation of migration coefficient of concrete added mineral admixtures was bigger than plain concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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