Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Saatchi,Mohmmad ali Golozar,Kaivan Raissi
احمد ساعت چي (استاد راهنما) محمدعلي گلعذار (استاد راهنما) کيوان رئيسي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Abbas Aghajani koupaei
عباس آقاجاني کوپائي

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
چکيده هدف از اين تحقيق بررسي اثرات جريان سرگردان بر تغييرات ساختاري بتن و دوام آن مي باشد. تغييرات ساختاري را مي توان به کمک بررسي تغييرات ايجاد شده در نفوذپذيري، حجم حفره هاي مويين، مقاومت ويژه، بار الکتريکي در آزمون RCP، ضريب نفوذ کلريد و تغيير در طيف EIS بتن مطالعه نمود. اين تغييرات در ارتباط با دوام بتن در شرايط محيطي مي باشد و مي تواند به عنوان عامل موثر در فرايندهاي خوردگي آرماتورها عمل نمايد. در اين بررسي نمونه هاي بتني با طرح هاي اختلاط مختلف در حالت اشباع از آب در معرض ولتاژهاي AC و DC به ترتيب در مقادير 220 و 380 VAC و 50 VDC قرار داده شدند. سپس به کمک آزمون‌هاي مقاومت ويژه، EIS، RCP، ضريب نفوذ کلريد، عمق نفوذ کلريد و بررسي هاي ميکروسکوپي تاثير جريان هاي مزبور بر ساختار بتن بررسي گرديد. علاوه بر اين به منظور اعتبارسنجي نتايج آزمايشگاهي، آزمون هاي ميداني بر روي تيرهاي بتني برق انجام گرديد. برخي از تيرهاي مزبور در شرايط باراني و آلودگي هوا دچار نشت جريان AC در ولتاژ بالا از طريق خزش جريان در سطح مقره ها شده بودند. ‍ بر اساس آزمون هاي انجام شده، جريان سرگردان AC در ولتاژهاي بالا قادر است در مدت زمان بسيار کوتاه (در مواردي در حدود يک دقيقه) موجب افزايش اندازه حفره هاي مويين بتن، ايجاد حفره ها و ترک مويين جديد و ايجاد تغييرات گسترده ساختاري و کاهش قابل ملاحظه دوام بتن در شرايط محيطي شود. در اين رابطه جريان سرگردان AC از طريق مسيرهاي هاي خازني(مسير حفره هاي مويين) و مسيرهاي مقاومتي(مسير فازهاي جامداز بتن عبور مي کند. در ولتاژهاي بالا و در حالت اشباع از آب، اين موضوع سبب بروز تنش هاي حرارتي، انقباضي و انتقال جرم در بتن خواهد شد. نتيجه اين فرايند کاهش دوام بتن در شرايط محيطي خواهد بود. در مقابل جريان سرگردان DC قادر به عبور از مسيرهاي خازني نمي باشد و بنابر اين نسبت به جريان AC از توانايي کمتري جهت کاهش دوام بتن برخوردار است. در اين حالت مکانيزم تنش هاي حرارتي از اهميت کمتري برخوردار است. کاهش نسبت آب به سيمان(w/c) و افزايش مواد پوزولاني مثل ميکروسيليس به طرح اختلاط بتن، موجب کاهش حجم حفره هاي مويين، افزايش تراکم، کاهش نفوذپذيري، کاهش فاز هيدرواکسيدکلسيم و نيز افزايش امپدانس مسيرهاي خازني(بدليل کاهش حجم حفره هاي مويين)خواهد شد. بنابر اين اثرات مخرب جريان سرگردان AC کاهش مي يابد. همچنين با کاهش نفوذپذيري ميزان نفوذ و انتقال جرم هيدرواکسيد کلسيم در جريان سرگردان DC کاهش مي يابد و اثرات جريان DC بر بتن کاهش مي يابد. علاوه بر اين افزودن الياف غير فلزي نظير الياف پلي‌پروپيلن به طرح اختلاط بتن موجب کاهش رشد ترک هاي مويين در هنگام عبور جريان سرگردان AC از بتن اشباع از آب خواهد شد. کلمات کليدي: جريان سرگردان، بتن، ساختار، دوام

ارتقاء امنیت وب با وف بومی