مدلسازي انتقال يون كلرايد در بتن در معرض شرايط جزر و مدي: بررسي اثر نسبت آب به سيمان روي غلظت بيشينه كلرايد

Chloride Transport Modeling in Concrete Subjected to Tidal Condition: Effect of Water to Cement Ratio on Maximum Chloride Concentration

نفوذ يون كلرايد و متعاقباً خوردگي ميلگرد مدفون در بتن، يكي از دلايل اصلي تخريب بتن در سواحل خليج فارس و درياي عمان است. شدت اين تخريب در چرخه‌هاي متوالي تر و خشك شدن به مراتب بيشتر از ساير شرايط مانند شرايط مستغرق و اتمسفري مي‌باشد. بنابراين براي طراحي سازه‌هاي بتن مسلح بر اساس عملكرد، لازم است انتقال توام رطوبت و يون كلرايد در بتن غير اشباع بوسيله مدلسازي دقيق عددي بررسي شود. از اين رو در اين مقاله، معادلات حاكم بر انتقال رطوبت و يون كلرايد در بتن، بررسي شده و با استفاده از مدلسازي عددي بر اساس روش اجزاء محدود، پروفيل يون كلرايد با در نظر گرفتن عوامل مؤثر بر آن، محاسبه شد. مقايسه داده‌هاي مدل عددي با نتايج آزمايشگاهي بدست آمده از سايت تحقيقاتي دانشگاه تهران در ساحل بندرعباس، بيانگر توانايي مدل ارائه شده در پيش‌بيني پروفيل يون كلرايد در بتن بود. ضمناً خروجي مدل عددي با استفاده از نتايج آزمايشگاهي نشان داد كه با افزايش نسبت آب به سيمان بتن از 40/0 به 45/0، مقدار بيشينه پروفيل كلرايد، كاهش يافته و بعد از آن تا 55/0، مقدار بيشينه پروفيل كلرايد، به آرامي افزايش يافته است؛ در صورتيكه نسبت مجموع وزن كلرايد وارد شده در بتن به وزن بتن، تا 50 درصد زياد شده است.

Chloride penetration into concrete and consequently corrosion of reinforcing steel is one of the main causes of concrete deterioration in Persian Gulf and Sea of Oman. Concrete deterioration exposed to tidal condition is very severe when compared to the atmospheric exposure condition. Therefore, it is necessary to accurately model the simultaneous moisture and chloride ingress into concrete for durability-based design of reinforced concrete structures. In this study, a finite element model was developed to numerically solve the governing differential equations of moisture and chloride transfer. Comparison of the model output with the ones obtained from experimental works in Bandar Abbas and Qeshm research sites showed that the proposed model can predict the chloride profile with good accuracy. By using the test results, the model output showed that the maximum chloride concentration decreased with increasing in water to cement ratio (w/c) from 0.40 to 0.45 and then slowly increased with increasing in w/c up to 0.55. Although, the total chloride concentration, which ingress into concrete, increased up to 50 %.