Analysis of chloride migration in concrete based on multicomponent medium theory

• Autorzy: Zybura A.

Warianty tytułu

PL

Analiza migracji chlorków w betonie na podstawie teorii ośrodka wieloskładnikowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An analytic description of chloride migration in concrete has been carried out using multicomponent medium equations. These equations have made it possible to quantify flow of ions Cl~, take into account both effects of their adsorption taking place on the pore walls and interactions of accompanying sodium ions as well. The process is being analyzed according to the multicomponent medium theory, on the basis of the equations of mass balances, electric charge, momentum and energy, and entropy inequality. These relations have been reduced to the flow equation, in which the concentration change rate of the process components as related to the concentration gradient of ions Cl~ has been quantified. The material properties of the concrete have been expressed by determinant diffusion coefficient. In order to quantify numerical values of the determinant diffusion coefficient a converse task of the diffusion equation has been formulated. The relationships obtained have made it possible, in a theoretically justified manner, to average the changing in time process variables, to take into account boundary conditions, to quantify non stationary influences and the formations of chemically bounded chlorides, and to determine concentration difference range in which calculation results of diffusion coefficient of chloride ions are stable. The example-like calculations have been carried out using the experimental data published. The solution has shown usefulness of the deduced relations for generalization and interpretation of the results of the experimental researches.

PL

Przeprowadzono analityczny opis migracji chlorków w betonie na podstawie równań ośrodka wieloskładnikowego. Równania te umożliwiły ujęcie nie tylko przepływu jonów Cl~, ale także uwzględnienie wpływu ich adsorpcji na powierzchni żelu oraz oddziaływań migrujących jednocześnie jonów sodowych. Ogólne zależności otrzymano analizując równania bilansu masy, ładunku elektrycznego, pędu, energii oraz nierówności entropii. Zależności te sprowadzono do równania przepływu, w którym ujęto prędkości zmian stężenia składników procesu dyfuzji w zależności od gradientu stężenia jonów Cl~. Własności materiałowe betonu zostały wyrażone w sposób odmienny niż dotychczas — miarodajnym współczynnikiem dyfuzji. Miarodajny współczynnik dyfuzji jest kombinacją współczynników dyfuzji jonów chlorkowych i sodowych. W celu wyznaczenia wartości liczbowych tego współczynnika, na podstawie możliwych do określenia danych doświadczalnych, sformułowano zadanie odwrotne równania dyfuzji. Otrzymane zależności umożliwiły w sposób teoretycznie uzasadniony uśrednienie zmieniającego się w czasie stężenia składników, uwzględnienie warunków brzegowych, ujęcie wpływów niestacjonarnych i procesu wiązania części jonów chlorkowych oraz wyznaczenie przedziału różnicy stężeń jonów chlorkowych, w którym wyniki obliczeń współczynnika dyfuzji tych jonów są stabilne. Przykładowe obliczenia wykonano na podstawie opublikowanych danych eksperymentalnych. Przeprowadzone obliczenia wykazały przydatność wyprowadzonych zależności do uogólnienia i interpretacji wyników badań doświadczalnych rozkładu stężenia jonów chlorkowych w betonie. Istotne znaczenie ma możliwość ustalania zakresu rozwiązań stabilnych oraz przedziałów stężeń, w których procesy przepływu jonów mają charakter stacjonarny lub niestacjonarny.

Słowa kluczowe

EN

chlorides; concrete; multicomponent medium equations; converse task

PL

chlorki; beton; migracja; ośrodek wieloskładnikowy

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 53, nr 1
• Strony: 131--150
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., il.

Twórcy

autor

Zybura A.

• Faculty of Civil Engineering, Silesian University of Technology, Gliwice, Poland,

Bibliografia

• 1. Pr EN 1992-1-1 (Draft for Stage 49) Eurocod 2: Design of concrete structures - Pan 1: General rulet for buildings.
• 2. R. D. BROWNE, Design prediction of the life for reinforced concrete in marine and other chloride environmen, Durability of Bulding Materials, l, 113-125, 1982.
• 3. P. BAMMFORTH, Admitting that chlorides are admitted, Concrete, November/December, 18-21, 1994.
• 4. G. WIECZOREK, Korozja zbrojenia inicjowana przez chlorki i karbonatyzację otuliny, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2002.
• 5. C. L. PAGE, N. R. SHORT, A. C. TARRAS, Diffusion of chloride ions in hardened cement pastes, Cement and Concrete Research, 11, 395-406, 1981.
• 6. L. HACHANI, E. TRIKI, A. RAHARINAIYO, M. T. CHAIEB, Détermination du coefficient de diffusions ions chlorures dans des bétons tunisiens, Materials and Structures, 24, 172-176, 1991.
• 7. S. CHATTERJI, On the applicability of Fick's second law to chloride ion migration through portland cement concrete, Cement and Concrete Research, 25, 2, 299-303, 1995.
• 8. Z. SCIŚLEWSKI, Ochrona konstrukcji żelbetowych, Arkady, Warszawa 1999.
• 9. A. Xu, S. CHANDRA, Assessment of chloride diffusion coefficient test methods, International Colloquium Corrosion of Cement Paste, Mogilany, Ed. by W. Kurdowski, 75-84, Kraków 1994.
• 10. J. KUBIK, Przepływy wilgoci w materiałach budowlanych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, Opole 2000.
• 11. R. M. BOWEN, Theory of mixtures, in continuum physics, Academie Press, New York 1976.
• 12. K. WILMAŃSKI, Podstawy termodynamiki fenomenologicznej, PWN Warszawa 1974.
• 13. J. KUBIK, Thermodiffusion flows in a solid with a dominant constituent, Mitteilungen aus dem Institut für Mechanik Nr 44 Ruhr - Universität, Bochum 1985.
• 14. A. ZYBURA, Zabezpieczanie konstrukcji żelbetowych metodami elektrochemicznymi, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2003.
• 15. E. KOSSECKA, Wybrane zagadnienia dynamiki cieplnej ścian budynków, Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN, Studia z zakresu inżynierii, 45, Warszawa 1998.
• 16. M. A. MUSTAFA, K. M. YUSOF, Atmospheric chloride penetration into concrete in semi-tropical marine environment, Cement and Concrete Research, 24, 4, 661-670, 1994.
• 17. C. ARYA, J. B. NEWMAN, Assessment of four methods of determining the free chloride content of concrete, Materials and Structures, 23, 1990.
• 18. H. G. MIDGLEY, I. M. ILLSTON, 7th ICCC, t. III, VII-101, Paris 1980.