Projekty a granty

Výzkum iniciace a propagace koroze na ŽB konstrukcích v souvislosti s chloridy

SP2018/108

Popise projektu (předmět výzkumu) Předkládaný projekt se soustředí na vyhodnocení dostupných a více či méně používaných elektrochemických metod pro odečtení difuzního součinitele betonu. Dřívější výzkumy prokázaly, že znalost difuzního součinitele vede k lepšímu popisu trvanlivosti betonových konstrukcí, čímž napomáhá hospodárnějšímu a ekologičtějšímu návrhu ([5], [6], [7] a [8]). Projekt úzce souvisí s tématem disertační práce hlavního řešitele. Projekt přímo navazuje na výzkum v rámci SGS SP2014/186, SP2015/131, SP2016/134 a SP2017/144 hlavního řešitele. V první fázi se výzkum soustředil na určování možností pro výpočet spolehlivosti mostních konstrukcí ze železobetonu, přičemž vstupní hodnoty byly získány díky spolupráci se zahraničními kolegy [7]. U projektu SP2016/134 bylo přikročeno k vyhodnocení možností pro experimentální zjišťování difuzního součinitele betonu, který je hlavním faktorem při pronikání chloridových iontů v železobetonových konstrukcích – jmenovitě Analýza chloridového profilu ([4], [9]), Rapid Chloride Permeability Test [3], Analýza elektrické resistivity pomocí Wennerovy sondy a pomocí Parallel Plate AC Resistivity (Elektrická resistivita pomocí nerezových desek), ([1], [2], [8]). Zároveň s experimentálním zaměřením se část projektu soustředila na optimalizaci a rozvoj numerických modelů pro výpočet koncentrace chloridů v betonových mostovkách (např. [11]) s ohledem na nové poznatky z laboratorních testů a požadavky praxe. V rámci projektu SP2017/144 byla rozšířena spolupráce se Slezskou polytechnikou v Gliwicích, kde byly prováděny RCPT testy. Experimenty byly koordinovány s Analýzou elektrického odporu a s přípravu Bulk Diffusion Test (NordTest NTBuld 443 [12]) Předkládaný projekt si klade za cíl dokončení testování, konkrétně chemické rozbory v rámci Bulk Difusion Test, případně testy v Polských Gliwicích pomocí RCPT, dále využití získaných materiálových parametrů pro již publikované numerické modely pronikání chloridových iontů v betonových konstrukcích ([13]) a celkové vyhodnocení již získaných dat. V neposlední řadě je cílem hlavního řešitele vědecky shrnout všechny získané zkušenosti a požadavky v připravované disertační práci. Předpoklad odevzdání na konci roku 2018. Dílčím úkolem je zapojení studentky Marie Horňákové do týmu zabývajícího se degradací železobetonu v návaznosti na její začínající doktorské studium – téma propagace koroze v železobetonu. Literatura [1] AASHTO T277-93. Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride. Washington, DC [USA]: American Association of State and Highway Transportation Officials, 1993. [2] AASHTO TP95-11. Standard Method of Test for Surface Resistivity Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration. Washington, DC: American Association of State and Highway Transportation Officials, 2011. [3] Tang, L., L.O. Nilsson. Rapid Determination of the Chloride Diffusivity in Concrete by Applying an Electrical Field. ACI Materials Journal. 1992, vol. 89, issue 1, s. 40-53. [4] ČSN EN 14629. Stanovení obsahu chloridů v zatvrdlém betonu. Praha: ČNI, 2008. [5] Hooton, R.D., Thomas, M.D.A., Standish, K. Testing the Chloride Penetration Resistance of Concrete: A Literature Review: FHWA Contract DTFH61-97-R-00022 Prediction of Chloride Penetration in Concrete. Washington, D.C. [USA]: Federal Highway Administration, 2001, 405 s. [6] Šmerda, Z., J. Adámek, Z. Keršner, V. Meloun, V. Mencl, D. Novák, P. Rovnaníková a B. Teplý. Trvanlivost betonových konstrukcí. Praha: Informační centrum ČKAIT, 1999. ISBN-8090269788. [7] Ghosh, P. Computation of Diffusion Coefficients and Prediction of Corrosion Initiation of Concrete Structures. Salt Lake City, UT [USA], 2011. Doktorská disertační práce. University of Utah. Vedoucí práce P.J. Tikalsky. [8] Kurgan, G., J. Comparison of Chloride Penetrability, Porosity, and Resistivity for High Performance Concrete. State College, PA [USA], 2003. Diplomová práce. Pennsylvania State University. Vedoucí práce P.J. Tikalsky. [9] NT BUILD 443. Concrete, hardened: Accelerated chloride penetration. Espoo [Finland]: Nordtest, 1995. [10] Konecny, P., Lehner, P. Durability of binary and ternary concrete mixtures considering aging effect (2015) ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 10 (4), pp. 1697-1700. http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.0- [11] Konečný, P. (2015). Vyhodnocení trvanlivosti železobetonových mostovek s ohledem na vliv chloridů a na rozptyl vstupních parametrů. Habilitační práce. VŠB-TU Ostrava, Česká Republika. [12] NT BUILD 443, ‘Concrete, hardened: Accelerated chloride penetration’, Nordtest, Esbo, Finland, (1995). [13] Konecny, P., Lehner, P. Durability of binary and ternary concrete mixtures considering aging effect (2015) ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 10 (4), pp. 1697-1700. PŘEHLED POUŽITÝCH METOD Numerická analýza pomocí MKP modelu - Optimalizace konečně prvkových numerických modelů s využitím vhodných postupů. Bulk Diffusion Test (NORDTEST NTBuild 443) - Metoda určení chloridového profilu na betonových vzorcích vystavených chloridy. Užití ČSN EN 14629 – Stanovené obsahu chloridů v zatvrdlém betonu (chemikálie, vrtací zařízení, síto, sušárna, váhy, laboratorní materiál). Statistické vyhodnocení naměřených dat - Provedení statistických výpočtu v programu Excel a Matlab. ZDŮVODNĚNÍ ZAPOJENÍ JEDNOTLIVÝCH ČLENŮ Ing. Petr Lehner – koordinace a vyhodnocení měření, chemické rozbory, sepsaní článků, výjezd na konferenci (cca 3 h/týdně). doc. Ing. Petr Konečný, Ph.D. – příprava a kontrola článků, kontrola měření, výjezdy na univerzitu v Gliwicích. Bc. Marie Horňáková - příprava modelů propagace koroze, statistické vyhodnocení, příprava a kontrola článků (cca 6/h týdně) Ing. Přemysl Pařenica – pomoc při testování, příprava numerických modelů (cca 1/h týdně) PŘEDCHOZÍ NEJVÝZNAMĚJŠÍ DOSAŽENÉ VÝSLEDKY ČLENŮ TÝMU: 1. Lehner, P., Konečný, P., Ghosh, P., Tran, Q. Numerical analysis of chloride diffusion considering time-dependent diffusion coefficient (2014) International Journal of Mathematics and Computers in Simulation, 8 (1), pp. 103-106. 2. Veselý, V., Konečný, P., Lehner, P., Pařenica, P., Hurta, J., Žídek, L. Investigation of fracture and electrical resistivity parameters of cementitious composite for their utilization in deterioration models (2014) Key Engineering Materials, 577-578. 3. Konecny, P., Lehner, P. Durability of binary and ternary concrete mixtures considering aging effect (2015) ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 10 (4), pp. 1697-1700. 4. P. Konecný, P. Lehner, J. Brozovský, M. Krejsa, "Multilevel Durability Analysis of Concrete Bridge Deck Exposed to Chlorides", in J. Kruis, Y. Tsompanakis, B.H.V. Topping, (Editors), "Proceedings of the Fifteenth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing", Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 18, 2015. 5. Konečný, P., Lehner, P., Brožovský, J., Krejsa, M. Multilevel durability analysis of concrete bridge deck exposed to chlorides (2015) Civil-Comp Proceedings, 108, . 6. Lehner, P., Konečnỳ, P., Brožovskỳ, J. Optimization of time step and finite elements on the model of diffusion of chlorides (2016) ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 11 (3), pp. 2083-2088. 7. Lehner, P., Konečnỳ, P. Probabilistic durability evaluation of binary and ternary concrete mixtures considering aging effect (2016) ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 11 (3), pp. 1992-1997. 8. Ghosh, P., Konečný, P., Lehner, P., Tikalsky, P.J. Probabilistic time-dependent sensitivity analysis of HPC bridge deck exposed to chlorides (2017) Computers and Concrete, 19 (3), pp. 305-313. 9. Konecny, P., Lehner, P. Effect of cracking and randomness of inputs on corrosion initiation of reinforced concrete bridge decks exposed to chlorides (2017) Frattura ed Integrita Strutturale, 11 (39), pp. 29-37. 10. Konečný, P., Lehner, P., Ponikiewski, T., Miera, P. Comparison of Chloride Diffusion Coefficient Evaluation Based on Electrochemical Methods (2017) Procedia Engineering, 190, pp. 193-198. HARMONOGRAM ŘEŠENÍ: únor – dokončení připravených testů únor – duben – příprava první publikace (J) z dat naměřených v rámci předchozích ročníků. duben – květen – příprava publikace na konferenci EC22. květen – červenec – příprava článku pro konferenci ICNAAM 2018, Řecko (numerické modely s využitím naměřených parametrů). srpen – listopad – vyhodnocení zkoušek, příprava druhé publikace (J). srpen – účast na konferenci ECF22. září – účast na konferenci ICNAAM 2018, Řecko.

2018

2018

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Lehner Petr Ing., Ph.D.