Einflüsse von Zeit, Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf die Chlorid-Diffusivität: Mesoskopische numerische Forschung

Die durch Chlorid verursachte Korrosion von Bewehrungsstahl hat einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit von bewehrtem Beton (RC) in salinen Umgebungen, und es ist entscheidend zu verstehen, wie Chloridionen in den Beton eindringen. In dieser Studie wurde zunächst ein Experiment zum Chlorideindringen in Proben unter eindimensionaler und zweidimensionaler Diffusion in einer Klimakammer durchgeführt, und Profile der Chloridkonzentration entlang der Tiefe wurden erfasst. Anschließend wurde ein mesoskopisches Modell entwickelt, das Umweltfaktoren berücksichtigt, d.h. Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Expositionszeit, um die Chlorid-Diffusivität im Beton zu untersuchen. Beton wird als dreiphasiger Verbund behandelt: Zementpaste, Zuschlagstoffe und Übergangszone (ITZ). Es wird angenommen, dass die Chlorid-Diffusivität nur in der Zementpaste und der ITZ stattfinden kann, während die Zuschlagstoffe als impermeabel gelten. Der Einfluss der ITZ-Dicke, d.h. 0, 50 und 80 μm, auf die Chlorid-Diffusivität im Beton wird untersucht. Die Chloridkonzentrationen, die mit dem mesoskopischen Modell unter Berücksichtigung der Umweltfaktoren simuliert werden, werden mit vorherigen Testdaten verglichen. Schließlich wird die Zeit bis zur Korrosionsinitiierung von RC-Strukturen basierend auf dem entwickelten mesoskopischen Modell unter Berücksichtigung der Verteilung der Zuschlagstoffe vorhergesagt, und der Einfluss der Umweltfaktoren auf die Chloridkonzentration des Korrosionsinitiierungspunkts wird untersucht. Es wurde festgestellt, dass ITZs einen erheblichen Einfluss auf die Chlorid-Diffusivität im Beton haben. Unterschiedliche Dicken der ITZ, d.h. 50 und 80 μm, haben jedoch nur einen geringen Einfluss auf die Chlorid-Diffusivität im Beton; daher wird eine ITZ-Dicke von 80 μm für die Effizienz empfohlen. Die Simulationsergebnisse unter Berücksichtigung der Umweltfaktoren stimmen gut mit den Testdaten überein, und der Korrosionsinitiierungspunkt auf der Oberfläche des in Beton eingebetteten Stahls variiert aufgrund der Verteilung der Zuschlagstoffe. Die Zeit bis zur Korrosionsinitiierung nimmt mit steigendem Wasser-Zement-Verhältnis (w/c) ab, steigt jedoch mit zunehmender Dicke der Abdeckung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Ein Anstieg von entweder Temperatur oder relativer Luftfeuchtigkeit kann zu einem signifikanten Anstieg der Chloridkonzentration des Korrosionsinitiierungspunkts auf dem Stahl führen.