| Abstract | Corrosion of reinforcement in concrete, associated with consequent cracking, delamination, and spalling, is the greatest threat to the durability of reinforced concrete (RC). Timely detection of corrosion could be achieved using non-destructive testing (NDT) methods, which in turn could minimize, prolong, or avoid the serious consequences of corrosion. Ground penetrating radar (GPR) is proving to be one of the most beneficial NDT methods, especially due to its efficiency and versatility. Research activities in this field have increased, but uncertainties remain regarding the response of GPR in corrosive environments. In particular, the extent and even the sign of the amplitude change due to corrosion products is unresolved. This work addresses the observation and characterization of GPR signal changes due to chloride-induced corrosion performed in the laboratory and with numerical simulations. It is expected that the findings of this work will contribute to a more accurate and detailed corrosion assessment procedure for RC structures. |
| Abstract (english) | Uzimajući u obzir potrebu čovječanstva za održivijim razvojem u odnosu na prethodni, racionalnije održavanje armiranobetonskih konstrukcija nameće se neophodnim. Najzahtjevniji problem u održavanju ovih konstrukcija je korozija armature koja uzrokuje pojavu pukotina,raslojavanja i odvajanja zaštitnog sloja betona, što dalje dovodi do narušavanja cjelovitosti konstrukcije i problema sa njezinom nosivošću. Održiviji način kontrole ovog procesa može biti njegovo rano otkrivanje, čime bi popravci bili manje složeni, a ujedno znatno isplativiji. U konačnici, time bi se mogao produžiti uporabni vijek, što je u skladu sa strategijama održivog razvoja. Georadar je nerazorna metoda ispitivanja koja se temelji na emisiji elektromagnetskih valova u materijal. Informacije o položaju i geometriji objekta dobivaju se na osnovu refleksije valova o
objekte koji se promatraju. U ovom radu karakteristike reflektiranog vala od armaturne šipke u betonu korištene su za analizu korozijskog stanja armature. Pregledom literature utvrđeno je da postoje nepoznanice o utjecaju produkata korozije na jačinu, ali i na predznak promjene amplitude vala. Međusobno neslaganje zaključaka pojedinih laboratorijskih istraživanja, zaključeno je, može potjecati od neadekvatnosti postavki eksperimentalnog sustava. Najveći broj provedenih laboratorijskih istraživanja o utjecaju procesa korozije na promjenu signala georadara proveden je na način da je korozija izazvana izlaganjem armaturne šipke vanjskom izvoru struje. U takvim postavkama korišten je elektrolit kako bi se u potpunosti simulirao galvanski članak, a koji je u najvećem broju studija bio takav da su betonski uzorci djelomično uronjeni u njega. To za posljedicu može imati potrošnju armature uslijed korozije na strani šipke koja je okrenuta prema elektrolitu. Ako je ispitivanje georadarom provedeno sa suprotne površine betona u odnosu na onu uronjenu u elektrolit, što je slučaj u većini postojećih radova, to može dati irelevantne rezultate s obzirom da tako nastali produkti korozije ne mogu
uzrokovati promjene u jačini signala georadara. Razumijevanje mehanizama koji uzrokuju promjene signala uslijed kompleksnog procesa korozije se može dobiti kroz numeričko modeliranje. Ključno u numeričkom modeliranju jest adekvatan odabir svojstava materijala, uključujući i beton i korozijske produkte. Iako se mali broj studija bavio analizom amplitude signala georadara uslijed korozije armature, niti jedno istraživanje nije uključilo kompleksna dielektrična svojstva korozijskih produkata koja potječu od relaksacijskih mehanizama kojima su izloženi željezovi oksidi u prisustvu elektromagnetskog polja. Stoga, hipoteze ovog rada su da 1) parametri kloridima prouzročene korozije – vlaga, kloridi i
korozijski produkti – izazivaju mjerljive promjene u amplitudi elektromagnetskog vala reflektiranog od armature u betonu, 2) raspodjela korozijskih produkata u zaštitnom sloju betona utječe na promjene materijala, što utječe na amplitudu elektromagnetskog vala reflektiranog od armature u betonu. U prvom radu ove disertacije napravljen je pregled relevantne literature na temu procjene stanja korozije pomoću georadara. U radu su detaljno obrađena postojeća laboratorijskih ispitivanja kao i ispitivanja na terenu. Kao takav, rad je poslužio za utvrđivanje glavnih postavki sljedeća tri rada. Drugi rad ove disertacije bavi se utjecajem različitog položaja elektrolita u ubrzanom procesu korozije na promjenu signala georadara. Laboratorijska ispitivanja provedena su na način da je kod jednog dijela uzoraka strana betona izložena elektrolitu bila suprotna od strane koja je ispitivana georadarom, dok je kod ostatka uzoraka strana izložena elektrolitu ujedno ispitana strana. Zaključak studije je da u prvom slučaju promjena amplitude ne prati jasan trend, te da amplituda uglavnom oscilira oko početne vrijednosti amplitude. Nasuprot tome, u drugom slučaju amplituda se smanjuje sa rastom stupnja korozije. Nakon otvaranja uzoraka po završetku ispitivanja, zaključeno je da se potrošnja metala i migracija korozijskih produkata
odvila sa strane šipke okrenutoj prema elektrolitu. To dovodi do toga da se u prvom slučaju korozijski produkti ne mogu detektirati georadarom, dok se u drugom slučaju mogu detektirati što je ujedno uzrok pada amplitude. U trećem radu promatra se utjecaj tri izolirana parametra korozije uzrokovane kloridima (vlaga, kloridi i produkti korozije) na promjenu jačine signala s ciljem kvantificiranja promjene amplitude izražene u dB/cm. Zaključeno je da sva tri izolirana faktora uzrokuju pad amplitude. Konkretno, zaključeno je da koncentracija klorida od 0.6% u odnosu na masu cementa na nivou
armature, koja je srednja vrijednost beta raspodjele funkcije "kritične" vrijednosti klorida prema fib Model Code, uzrokuje promjenu amplitude od -0.7 dB/cm. Numeričko modeliranje armiranobetonskih uzoraka u korozivnoj sredini provedeno je u
četvrtom radu. Modeliranje je provedeno u softveru gprMax koji se temelji na rješavanju Maxwell-ovih diferencijalnih jednadžbi korištenjem principa konačnih razlika u vremenskoj domeni. Numeričkim simulacijama promatran je utjecaj vlage, klorida i produkata korozije. Dielektrična permitivnost betona modelirana je pomoću tzv. modela CRIM, koji na temelju volumnih udjela heterogenih komponenti materijala i odgovarajućih permitivnosti daje jedinstvenu dielektričnu permitivnost betona. S obzirom da je jedna od sastavnih komponenti betona voda, koja ima disperzivna svojstva, dielektrična permitivnost betona se u konačnici modelira kao kompleksan broj. Također, dielektrična permitivnost proizvoda korozije
modelirana je kao kompleksan broj, koji uzima u obzir relaksacijske mehanizme željeznih oksida. Usporedbe radi, provedeno je modeliranje uzoraka gdje su dielektrična svojstva uzeta kao realni brojevi. Nakon usporedbe rezultata numeričkog modeliranja s rezultatima laboratorijskih eksperimentalnih ispitivanja, zaključeno je da dielektrična svojstva treba modelirati kao kompleksna kako bi se dobili relevantni rezultati. |
