Advanced

The influence of ageing on the salt-frost resistance of concrete

Utgenannt, Peter LU (2004) In Report TVBM 1021
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Jämte korrosionsangrepp är skador på grund av saltfrostangrepp den vanligaste skadetypen hos betongkonstruktioner som utsätts för miljöer med fukt, salt och frost. Exempel på sådana miljöer är marina miljöer och tösaltade vägmiljöer. Betongens saltfrostbeständighet bestäms till stor del av betongsammansättningen, främst av förhållandet mellan mängden vatten och cement och av mängden inblandad luft, men också av olika åldringseffekter. Med åldring menas de mekanismer som med tiden förändrar betongens egenskaper. Denna rapport redovisar resultaten från en undersökning om effekterna av olika åldringsmekanismer på betongs saltfrostbeständighet. Följande mekanismer har undersökts: hydratation (dvs.... (More)
Popular Abstract in Swedish

Jämte korrosionsangrepp är skador på grund av saltfrostangrepp den vanligaste skadetypen hos betongkonstruktioner som utsätts för miljöer med fukt, salt och frost. Exempel på sådana miljöer är marina miljöer och tösaltade vägmiljöer. Betongens saltfrostbeständighet bestäms till stor del av betongsammansättningen, främst av förhållandet mellan mängden vatten och cement och av mängden inblandad luft, men också av olika åldringseffekter. Med åldring menas de mekanismer som med tiden förändrar betongens egenskaper. Denna rapport redovisar resultaten från en undersökning om effekterna av olika åldringsmekanismer på betongs saltfrostbeständighet. Följande mekanismer har undersökts: hydratation (dvs. reaktionen mellan vatten och cement), uttorkning, karbonatisering (dvs. reaktionen mellan det hydratiserade cementet och luftens koldioxid) Effekterna av åldring har studerats både på betong med enbart Porlandcement som bindemedel och på betong med tillsats av silika (upp till 10 %) eller slagg (upp till 65 %). För att separera effekterna av uttorkning och karbonatisering byggdes två identiska klimatkammare. Med hjälp av dessa kunde samma klimat med avseende på relativ luftfuktighet, temperatur och avdunstningshastighet bibehållas, samtidigt som koldioxidkoncentrationen kunde varieras. I detta projekt konditionerades provkroppar av betong under sju dygn i klimat med 65 % relativ fuktighet och temperaturen + 20 °C, antingen med förhöjd koldioxidhalt (~1 vol-%) eller utan koldioxid (filtrerad luft). Efter konditionering återuppfuktades provkropparna under tre dygn varefter frostprovningen påbörjades. För att undersöka effekten av ökad hydratation startades konditionering och därmed också frostprovning av vid olika ålder efter gjutning. Även vattenlagrade provkroppar som aldrig torkat frostprovades vid olika ålder efter gjutning. Resultaten visar att åldring har stor effekt på betongytans saltfrostbeständighet och att den mest dominerande åldringsmekanismen är karbonatisering. Effekten av karbonatisering är dock olika beroende på bindemedelstyp/kombination. För betong med enbart Portlandcement eller med inblandning av silika (upp till 10 %) eller slagg (upp till ca 30 %) leder karbonatisering till en markant förbättring av saltfrostbeständigheten. För betong innehållande stora mängder slagg (över 50 %) leder däremot karbonatisering till en märkbar försämring av saltfrostbeständigheten. För att klarlägga effekten av karbonatisering undersöktes porstrukturen hos karbonatiserat respektive okarbonatiserat bruk tillverkat med olika typer av bindemedel. Porstrukturen undersöktes bland annat genom kapillärsugningsförsök och bestämning av frysbar vattenmängd vid olika temperaturer. Resultaten visar att karbonatisering leder till en markant förändring av porstrukturen. Förändringen varierar dock beroende på bindemedelstyp. För bruk med enbart Portlandcement eller med inblandning av små mängder silika minskar mängden frysbart vatten vid normala temperaturer. För betong innehållande stora mängder slagg är effekten den motsatta, dvs. karbonatisering leder till en markant ökning av mängden frysbart vatten. Resultaten från denna undersökning tyder på att det är den markanta fysikaliska förändringen av materialets porstruktur och därmed i frysbar vattenmängd som är förklaringen till den stora inverkan karbonatisering har på saltfrostbeständigheten. Även en ’kemisk’ förklaring till den funna effekten av karbonatisering undersöktes, men inget stöd fanns för en sådan förklaring. Laboratorieundersökningarna kompletterades med fältundersökningar på tre fältprovplatser. På två av dessa exponerades betong för en salt och fuktig miljö (marin- respektive tösaltad motorvägsmiljö). Resultat efter upp till sju års exponering på provplatserna jämfördes med resultat från laboratorieförsök. Jämförelsen visar att resultaten funna i laboratoriet stämmer väl med erfarenheterna från fältundersökningarna. (Less)
Abstract
Abstract This thesis presents the results of an investigation of the influence of ageing on the salt-frost resistance of concrete. The ageing mechanisms investigated were hydration, drying and carbonation. Specimens of ‘micro’-concrete, either with OPC alone as the binder or with silica or slag as part of the binder, were freeze/thaw tested at different ages after casting. Prior to testing, the specimens were conditioned for 7 days in climate chambers specially built for the purpose, creating climates with increased CO2 (~1 vol-%) and with no CO2 at all, both at 65 % RH and +20 °C. Water-cured, never dried, specimens were tested as well. The results show that ageing has a strong influence on the salt-frost resistance, and that carbonation... (More)
Abstract This thesis presents the results of an investigation of the influence of ageing on the salt-frost resistance of concrete. The ageing mechanisms investigated were hydration, drying and carbonation. Specimens of ‘micro’-concrete, either with OPC alone as the binder or with silica or slag as part of the binder, were freeze/thaw tested at different ages after casting. Prior to testing, the specimens were conditioned for 7 days in climate chambers specially built for the purpose, creating climates with increased CO2 (~1 vol-%) and with no CO2 at all, both at 65 % RH and +20 °C. Water-cured, never dried, specimens were tested as well. The results show that ageing has a strong influence on the salt-frost resistance, and that carbonation is the most dominant ageing mechanism. The effect differs, however, for concretes with different binder types/-combinations. For concrete made with OPC alone, or with silica (up to 10 %) or slag (up to about 30 %), carbonation leads to a significantly improved salt-frost resistance. For concrete with high slag contents (over about 50 %) carbonation leads to a markedly poorer salt-frost resistance. The properties of the pore structure of carbonated and uncarbonated mortars were further investigated by capillary suction and by measuring the freezable water content. Results show that carbonation leads to substantial changes of the pore structure and therefore of the freezable water content. It is proposed that, although different for different materials, it is this substantial change in pore structural properties that is the primary cause of the observed influence of carbonation on the salt-frost resistance. A limited XRD investigation of carbonated materials with and without slag as part of the binder showed no marked difference in carbonate phases formed. For both materials calcite was the dominant phase. As a complement to the laboratory investigations, field investigations were carried out at three exposure sites; two situated in saline environments (marine and highway), and one in a salt-free environment. A comparison shows that results from the laboratory investigations correspond well with the experience from up to seven years exposure at the exposure sites. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Professor Stark, Jochen, Bauhaus-Universität Weimar, Tyskland
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Materiallära, materialteknik, Building construction, Material technology, freeze/thaw testing, hydration, field exposure, carbonation, drying, Byggnadsteknik, ageing, salt-frost resistance, Concrete
in
Report TVBM 1021
pages
346 pages
publisher
Division of Building Materials, LTH, Lund University
defense location
Room V:B, John Ericssons väg 1, Lund Institute of Technology
defense date
2004-04-02 10:15
external identifiers
  • other:ISRN: LUTVDG/TVBM--04/1021--SE(1-346)
ISSN
0348-7911
ISBN
91-628-6000-3
language
English
LU publication?
yes
id
e54edd67-eae8-4d33-8c65-ce5a3e654c4b (old id 21902)
date added to LUP
2007-05-28 14:57:07
date last changed
2016-09-19 08:44:52
@phdthesis{e54edd67-eae8-4d33-8c65-ce5a3e654c4b,
  abstract     = {Abstract This thesis presents the results of an investigation of the influence of ageing on the salt-frost resistance of concrete. The ageing mechanisms investigated were hydration, drying and carbonation. Specimens of ‘micro’-concrete, either with OPC alone as the binder or with silica or slag as part of the binder, were freeze/thaw tested at different ages after casting. Prior to testing, the specimens were conditioned for 7 days in climate chambers specially built for the purpose, creating climates with increased CO2 (~1 vol-%) and with no CO2 at all, both at 65 % RH and +20 °C. Water-cured, never dried, specimens were tested as well. The results show that ageing has a strong influence on the salt-frost resistance, and that carbonation is the most dominant ageing mechanism. The effect differs, however, for concretes with different binder types/-combinations. For concrete made with OPC alone, or with silica (up to 10 %) or slag (up to about 30 %), carbonation leads to a significantly improved salt-frost resistance. For concrete with high slag contents (over about 50 %) carbonation leads to a markedly poorer salt-frost resistance. The properties of the pore structure of carbonated and uncarbonated mortars were further investigated by capillary suction and by measuring the freezable water content. Results show that carbonation leads to substantial changes of the pore structure and therefore of the freezable water content. It is proposed that, although different for different materials, it is this substantial change in pore structural properties that is the primary cause of the observed influence of carbonation on the salt-frost resistance. A limited XRD investigation of carbonated materials with and without slag as part of the binder showed no marked difference in carbonate phases formed. For both materials calcite was the dominant phase. As a complement to the laboratory investigations, field investigations were carried out at three exposure sites; two situated in saline environments (marine and highway), and one in a salt-free environment. A comparison shows that results from the laboratory investigations correspond well with the experience from up to seven years exposure at the exposure sites.},
  author       = {Utgenannt, Peter},
  isbn         = {91-628-6000-3},
  issn         = {0348-7911},
  keyword      = {Materiallära,materialteknik,Building construction,Material technology,freeze/thaw testing,hydration,field exposure,carbonation,drying,Byggnadsteknik,ageing,salt-frost resistance,Concrete},
  language     = {eng},
  pages        = {346},
  publisher    = {Division of Building Materials, LTH, Lund University},
  school       = {Lund University},
  series       = {Report TVBM 1021},
  title        = {The influence of ageing on the salt-frost resistance of concrete},
  year         = {2004},
}