Recently, the deterioration of reinforced concrete structures, primarily due to corrosion of steel reinforcement, has become a major concern. Chloride-induced deterioration is the most important deterioration phenomenon in reinforced concrete structures in harsh environments. For the realistic prediction of chloride penetration into concrete, a mathematical model was developed in which the effects of diffusion, chloride binding and convection due to water movement can be taken into account. The aim of this research was to reach a better understanding on the physical mechanisms underlying the deterioration process of reinforced concrete associated with chloride-induced corrosion and to propose a reliable method for estimating these effects. Chloride concentrations coming from de-icing salts are significantly influenced by the exposure conditions such as salt usage, ambient temperature and repeated wet-dry cycles.
Flow-accelerated corrosion(FAC) is a phenomenon that results in metal loss from piping, vessels, and equipment made of carbon steel. FAC occurs only under certain conditions of flow, chemistry, geometry, and material. Unfortunately, those conditions are in much of the high-energy piping in nuclear and fossil-fueled power plants. Also, for domestic NPP secondary pipings whose operating time become longer, more evidences of FAC have been reported. The authors are studying on FAC management using CHECWORKS, computer code developed by EPRI. This paper is on the prediction results of metal loss by FAC in the one of CANDU type NPP secondary piping systems.
Atmospheric corrosion is a natural surface degradation process of metal due to changes in environmental parameters in the surrounding atmosphere. It is very sensitive to environmental parameters such as temperature, relative humidity, sulphur dioxide, and chloride, making it a major global economic challenge. Existing forecasting empirical corrosion models including the ISO standard are based on statistical analysis of experimental studies without considering the behavior of atmospheric parameters. The present study proposes a reliable global empirical model for estimating short and long-term atmospheric corrosion rates based on environmental parameters and corrosion mechanisms obtained from a parametric study. Repercussion of atmospheric corrosion rate due to individual and combined influences of environmental parameters specifies their importance in the estimation. New global empirical coefficients obtained for environmental parameters are statistically established (R2 =0.998) with 95% confidence limit. They are validated using experimental datasets of existing studies observed at 88 different continental locations. The current proposed model can predict atmospheric corrosion by means of corrosion formation mechanisms influenced by combined effects of environmental parameters, further abating applicability limitations of location and time.
This paper aims to investigate the strength degradation of reinforced concrete piers wrapped with steel plates which corrode at the pier base by employing a three dimensional elasto-plastic finite element formulation. The prediction accuracy of the employed finite element analysis method is firstly verified by comparing the analytical results with test results. Then, a series of parametric studies is carried out to investigate the effects of steel plate's corrosion position along width direction, corrosion depth along plate thickness, corrosion range along width direction, and steel plate-concrete bonding degradation on the strength of the piers. It is observed that the strength degradation of the piers is closely related to steel plate's corrosion position, corrosion depth and corrosion range in the case of local corrosion on the webs. In contrast, when the base of flanges corrodes, the strength degradation of the piers is only related to steel plate's corrosion depth and corrosion range, and the influence of corrosion position on the strength degradation is very gentle. Furthermore, the strength of the piers decreases with the degradation of steel plate-concrete bonding behavior. Finally, the maximum strength of the piers obtained from numerical analysis corresponding to different bonding behavior is compared with theoretical results within an accepted error.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.657-666
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2020
A reliable and cost-effective technique for the development of corrosion damage model is introduced to predict nonlinear time-dependent corrosion wastage of steel structures. A detailed explanation on how to propose a generalised mathematical formulation of the corrosion model is investigated in this paper (Part I), and verification and application of the developed method are covered in the following paper (Part II) by adopting corrosion data of a ship's ballast tank structure. In this study, probabilistic approaches including statistical analysis were applied to select the best fit probability density function (PDF) for the measured corrosion data. The sub-parameters of selected PDF, e.g., the largest extreme value distribution consisting of scale, and shape parameters, can be formulated as a function of time using curve fitting method. The proposed technique to formulate the refined time-dependent corrosion wastage model (TDCWM) will be useful for engineers as it provides an easy and accurate prediction of the 1) starting time of corrosion, 2) remaining life of the structure, and 3) nonlinear corrosion damage amount over time. In addition, the obtained outcome can be utilised for the development of simplified engineering software shown in Appendix B.
This paper presents the effect of external corrosion, material properties, operation condition and design thickness in pipeline on failure prediction using a failure probability model. The predicted failure assessment for the simulated corrosion defects discovered in corroded pipeline is compared with that determined by ANSI/ASME B31G code and a modified B31G method. The effects of environmental, operational, and random design variables such as defect depth, pipe diameter, defect length, fluid pressure, corrosion rate, material yield stress and pipe thickness on the failure probability are systematically studied using a failure probability model for the corrosion pipeline.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.10a
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pp.263-268
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1997
One of the principal causes of the deterioation of coastal concrete structures is the corrosion of reinforcing steel induced by the attack of chloride ions. An experimental study was performed to investigate the distribution of concentration of chloride ions in a coastal concrete structure and to measure the half-cell potential of embedded steel by using the copper-copper sulfate reference electrode. Quantitative analysis showed that the concentration of chloride ion in the aqueous phase near the surface of embedded steel exceeded a threshold value for corrosion, 0.05% by weight in concrete. The absolute value of half-cell potential at some members of embedded steel was measured to be higher than 350mV, indicating that the probability of corrosion is more than 90%. The prediction on corrosion based on the experimental measurements was confirmed by the observation of corrosion on the surface of steel bars in the concrete core taken out of the concrete structure.
This paper presents a new approach with meso scale structure models to express mechanical property, such as stress - strain relationships, of concrete. This approach is successful to represent both uniaxial tension and uniaxial compression stress - strain relationship, which is in macro scale. The meso scale approach is also applied to predict degraded mechanical properties of frost-damaged concrete. The degradation of mechanical properties with frost-damaged concrete was carefully observed. Strength and stiffness in both tension and compression decrease with freezing and thawing cycles (FTC), while stress-free crack opening in tension softening increases. First attempt shows that the numerical simulation can express the experimentally observed degradation by introducing changes in the meso scale structure in concrete, which are assumed based on observed damages in the concrete subjected to FTC. At the end applicability of the meso scale approach to prediction of the degradation by combined effects of salt attack and FTC is discussed. It is shown that clarification of effects of frost damage in concrete on corrosion progress and on crack development in the damaged cover concrete due to corrosion is one of the issues for which the meso scale approach is useful.
Kim, Dong-Jin;Lee, Gyeong-Geun;Kim, Sung-Woo;Kim, Hong-Pyo
Corrosion Science and Technology
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v.9
no.4
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pp.164-170
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2010
Thermodynamic consideration was performed for Alloy 617 exposed to an impure helium ($H_2$ 20pa, $H_2O$ 0.5pa, $CH_4$ 2pa and CO 5pa) at $950^{\circ}C$. Oxidation power was decreased in the order Al > Ti > Si > Cr > Mn. Decarburization and carburization reactions were available leading to carbon activity decrease and increase, respectively, depending on carbon and Cr activities. The thermodynamic prediction was compared with the experimental results obtained in similar conditions (($H_2$ 20pa, $H_2O$ 0.05pa, $CH_4$ 5pa and CO 2pa) and $950^{\circ}C$) by others for Alloy 617. The driving force for oxidation of Al, Ti and Si is very large to be oxidized at a given impure helium and the environment is actually carburizing towards the structural alloy, which is consistent with this work.
Since the mechanism of chloride diffusion and its ratio in concrete depend on structural conditions and concrete as a micro-structure, if these are analyzed quantitatively, the long-term ageing of structures can be predicted. Although, a quantitative analysis of concrete micro-structure, in which the results are affected by various parameters, is very difficult, this can be done indirectly by the durability test of concrete. In this study, the compressive strength, void ratio and air permeability of concrete. In this study, the compressive strength, void ratio and air permeability of concrete are chosen as the parameters in concrete durability test, and these effects on test results are analysed according to changes of mixing properties. The relationships between parameters and chloride diffusion velocity is used for prediction models of chloride diffusion. The developed prediction models for the chloride diffusion according to mixing and physical properties, can be used to estimate the service life and corrosion initiation of reinforcing bars in marine structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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