Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Saatchi,Mohmmad ali Golozar,Kaivan Raissi
احمد ساعت چی (استاد راهنما) محمدعلی گلعذار (استاد راهنما) کیوان رئیسی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Abbas Aghajani koupaei
عباس آقاجانی کوپائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1387

TITLE

Improving Resistance of Buried Reinforced Concrete against Stray Current
The aim of this research is to investigate effects of stray current on concrete durability and its microstructural changes. The structural changes can be studied by changes in the permeability, volume of capillary pore, resistivity, electrical charge in Rapid Chloride Penetration (RCP) test, chloride diffusion and changes in Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) spectra of concrete. They are related to concrete durability in environmental conditions and so can act as an effective agent in rebar corrosion. In this study, water saturated concrete samples with different mix design were exposed to 220 and 380 AC voltage and 50 DC voltage. Effects of applied voltages on concrete microstructure of concrete were investigated using several techniques including; resistivity, EIS, RCP, chloride diffusion, depth of chloride penetration and SEM. In addition, for validation of laboratory data, field tests were done on some concrete power poles which had been failed by leakage of high voltage power from surface of insulators in rainy conditions. ased on the results obtained, high voltage AC stray current can reduce concrete durability in a short time by increasing its capillary pore size, creating new network of pores, creating micro cracks and extensive concrete microstructural changes such as changes in volume and size of capillary pores. AC current in concrete can flow through two different paths including; solid paths and capacitor paths (capillary pore paths). At high voltage, in water saturated concrete, passing current through the pores is the main reason for generation of thermal and shrinkage stresses and mass transfer. These phenomena would reduce concrete durability. Compared with AC current, DC current can only pass through solid phase and not capacitor paths. Therefore, under DC stray current thermal stresses are less important and thus have less destructive effects compare with AC stray current in water saturated concrete. Reducing water to cement ratio and adding pozzolanic materials such as silica fume to concrete mix design would reduce the volume of capillary pores, increase concrete density, reduce permeability, reduce calcium hydroxide phase. The impedance of capacitor paths would also increase due to reducing the volume of capillary pores. Therefore, destructive effects of AC stray current on water saturated concrete would reduce. Also, with decreasing permeability, transfer of calcium hydroxide by diffusion mechanism due to DC stray current and thus its degradation effects would decrease. Furthermore, adding non-metallic fiber such as polypropylene (PP) to concrete mix design reduce the cracks propagation in concrete due to AC stray current. Keywords : Stray current, Concrete, Structure, Durability
هدف از این تحقیق بررسی اثرات جریان سرگردان بر تغییرات ساختاری بتن و دوام آن می باشد. تغییرات ساختاری را می توان به کمک بررسی تغییرات ایجاد شده در نفوذپذیری، حجم حفره های مویین، مقاومت ویژه، بار الکتریکی در آزمون RCP، ضریب نفوذ کلرید و تغییر در طیف EIS بتن مطالعه نمود. این تغییرات در ارتباط با دوام بتن در شرایط محیطی می باشد و می تواند به عنوان عامل موثر در فرایندهای خوردگی آرماتورها عمل نماید. در این بررسی نمونه های بتنی با طرح های اختلاط مختلف در حالت اشباع از آب در معرض ولتاژهای AC و DC به ترتیب در مقادیر 220 و 380 VAC و 50 VDC قرار داده شدند. سپس به کمک آزمون‌های مقاومت ویژه، EIS، RCP، ضریب نفوذ کلرید، عمق نفوذ کلرید و بررسی های میکروسکوپی تاثیر جریان های مزبور بر ساختار بتن بررسی گردید. علاوه بر این به منظور اعتبارسنجی نتایج آزمایشگاهی، آزمون های میدانی بر روی تیرهای بتنی برق انجام گردید. برخی از تیرهای مزبور در شرایط بارانی و آلودگی هوا دچار نشت جریان AC در ولتاژ بالا از طریق خزش جریان در سطح مقره ها شده بودند. ‍ بر اساس آزمون های انجام شده، جریان سرگردان AC در ولتاژهای بالا قادر است در مدت زمان بسیار کوتاه (در مواردی در حدود یک دقیقه) موجب افزایش اندازه حفره های مویین بتن، ایجاد حفره ها و ترک مویین جدید و ایجاد تغییرات گسترده ساختاری و کاهش قابل ملاحظه دوام بتن در شرایط محیطی شود. در این رابطه جریان سرگردان AC از طریق مسیرهای های خازنی(مسیر حفره های مویین) و مسیرهای مقاومتی(مسیر فازهای جامداز بتن عبور می کند. در ولتاژهای بالا و در حالت اشباع از آب، این موضوع سبب بروز تنش های حرارتی، انقباضی و انتقال جرم در بتن خواهد شد. نتیجه این فرایند کاهش دوام بتن در شرایط محیطی خواهد بود. در مقابل جریان سرگردان DC قادر به عبور از مسیرهای خازنی نمی باشد و بنابر این نسبت به جریان AC از توانایی کمتری جهت کاهش دوام بتن برخوردار است. در این حالت مکانیزم تنش های حرارتی از اهمیت کمتری برخوردار است. کاهش نسبت آب به سیمان(w/c) و افزایش مواد پوزولانی مثل میکروسیلیس به طرح اختلاط بتن، موجب کاهش حجم حفره های مویین، افزایش تراکم، کاهش نفوذپذیری، کاهش فاز هیدرواکسیدکلسیم و نیز افزایش امپدانس مسیرهای خازنی(بدلیل کاهش حجم حفره های مویین)خواهد شد. بنابر این اثرات مخرب جریان سرگردان AC کاهش می یابد. همچنین با کاهش نفوذپذیری میزان نفوذ و انتقال جرم هیدرواکسید کلسیم در جریان سرگردان DC کاهش می یابد و اثرات جریان DC بر بتن کاهش می یابد. علاوه بر این افزودن الیاف غیر فلزی نظیر الیاف پلی‌پروپیلن به طرح اختلاط بتن موجب کاهش رشد ترک های مویین در هنگام عبور جریان سرگردان AC از بتن اشباع از آب خواهد شد. کلمات کلیدی: جریان سرگردان، بتن، ساختار، دوام

ارتقاء امنیت وب با وف بومی